KR20220128737A - Method and system for operating photovoltaic inverter using multi-layer neural network fault diagnosis model - Google Patents

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Abstract

According to the present invention, a solar inverter drive system using a multilayer neural network failure diagnosis model comprises: a solar panel converting solar energy into electrical energy to output electric power; a master module and a slave module each including an inverter module, converting the power output from the solar panel into alternating current, and transmitting the power to a power system; and a monitoring system collecting monitoring data of the master module and slave module and determining failure states of the master module and slave module using a predefined multilayer neural network failure diagnosis model. Here, the solar inverter drive system is configured so that the master module preferentially transmits the power to the power system. When the master module is determined to be in the failure state by the monitoring system, the master module is shut off and the slave module operates.

Description

다층 신경망 고장 진단 모델을 이용한 태양광 인버터 구동 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR OPERATING PHOTOVOLTAIC INVERTER USING MULTI-LAYER NEURAL NETWORK FAULT DIAGNOSIS MODEL}Solar inverter driving method and system using multi-layer neural network failure diagnosis model

본 발명은 태양광 발전 시스템에 적용될 수 있는 태양광 인버터의 고장 진단 기술 및 이를 이용한 인버터 구동 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a fault diagnosis technology of a solar inverter that can be applied to a solar power generation system and an inverter driving technology using the same.

태양광 발전시스템에 있어서 인버터는 태양전지 모듈에서 발생되는 직류를 교류로 변환하여 전력 계통에 연계하는 핵심 부품으로, 구성이 매우 복잡하며, 태양전지 모듈, 접속함, 모니터링 시스템 등 보다 고장이 많이 발생하는 장치이다. 태양광 인버터의 수명은 대략 10년 정도이며, 고장 시에는 태양광발전 전체에 영향을 직접 미치게 되어 큰 경제적 손실이 발생될 뿐만 아니라, 화재 사고, 단락 사고 등으로 이어져 관리자들의 안전에도 큰 문제를 일으키게 될 수 있어, 평소 지속적인 동작 이상 및 고장 여부에 대한 관리가 필수적이다. In the photovoltaic power generation system, the inverter is a key component that converts the direct current generated by the solar cell module into alternating current and connects it to the power system. is a device that The lifespan of a solar inverter is about 10 years, and in the event of a failure, it directly affects the entire solar power generation, causing great economic loss, as well as fire accidents and short circuit accidents, causing great problems in the safety of managers. Therefore, it is essential to manage normal continuous operation abnormalities and failures.

최근 태양광 발전 단지는 수백 개에서 수천 개의 인버터를 적용하는 추세로, 이러한 대용량 태양광 발전 단지에서 인버터의 고장이 발생하는 경우, 태양광 모듈, 접속함, 계량기, 각종 차단기 및 전기 부품들이 복잡하게 연결되어 있기 때문에 인버터의 고장 여부를 직접적으로 파악하기는 매우 어려운 실정이다. Recently, the trend of applying hundreds to thousands of inverters in photovoltaic power generation complexes is that if an inverter fails in such a large-capacity photovoltaic complex, photovoltaic modules, junction boxes, meters, various circuit breakers, and electrical parts are complicated. Since they are connected, it is very difficult to directly determine whether the inverter has failed.

이와 관련하여, 다수의 인버터를 모니터링하여 고장을 진단하기 위하여, 제조사에서 공급하는 모니터링 시스템을 통해 관리자가 이상 여부를 확인하는 방식이 일반적으로 이용되고 있다. 여기에서, 이러한 모니터링 시스템은 태양광 발전소의 발전량 및 효율 등을 모니터링하며, 고장에 관한 상세 정보는 제공하지 못하기 때문에, 작업자가 직접 현장을 방문하여 인버터의 고장 여부, 고장 위치, 원인 등을 직접 파악해야 한다. 이와 같은 작업자 중심의 현장 점검 방식은 인버터의 진단 및 관리 측면에서 한계가 있다. In this regard, in order to diagnose a failure by monitoring a plurality of inverters, a method in which an administrator checks whether there is an abnormality through a monitoring system supplied by a manufacturer is generally used. Here, the monitoring system monitors the amount and efficiency of the solar power plant, and cannot provide detailed information about the failure. have to figure out Such an operator-centered on-site inspection method has limitations in terms of diagnosis and management of inverters.

현재, 태양광 시스템의 고장 진단에 관한 연구는 대부분 태양광 어레이 모듈의 이상 여부, 접속 선의 단락이나 개방 등에 대한 진단에 집중하고 있으며, 인버터의 고장 여부 및 진단에 관한 연구는 매우 부족한 실정이다. 이는 태양광 전지의 모듈과 각종 전기 부품들이 복잡하게 연결되어 있어서 인버터 고장 여부를 정확하게 진단하는데 한계가 있기 때문이다.Currently, research on fault diagnosis of photovoltaic systems is mostly focused on diagnosing whether a photovoltaic array module is abnormal, a short or open connection line, and the like, and research on the fault and diagnosis of an inverter is very scarce. This is because there is a limit in accurately diagnosing whether an inverter is faulty because the solar cell module and various electrical components are intricately connected.

현재 이러한 종래 기술의 한계 및 문제점을 해결하기 위한 기술의 개발이 필요한 실정이다. Currently, there is a need to develop a technique for solving the limitations and problems of the prior art.

한국공개특허 10-2017-0120954호Korean Patent Publication No. 10-2017-0120954

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 태양광 인버터 모듈의 고장 여부를 보다 정확하고 신속하게 진단하고, 태양광 인버터 모듈에 고장이 발생된 경우에도 태양광 발전 시스템이 안정적으로 구동될 수 있도록 지원하는 태양광 인버터 구동 방법 및 시스템을 제공하고자 한다. The present invention was derived to solve the above-described problems, and more accurately and quickly diagnose whether the solar inverter module has a failure, and the solar power generation system can be stably driven even when a failure occurs in the solar inverter module. To provide a solar inverter driving method and system that supports

본 발명에 일 측면에 따른 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용한 태양광 인버터 구동 시스템은, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전력을 출력하는 태양광 패널; 각각 인버터 모듈을 포함하며, 상기 태양광 패널에서 출력되는 전력을 교류로 변환하여 전력 계통으로 송전하는 마스터 모듈 및 슬레이브 모듈; 및 상기 마스터 모듈 및 슬레이브 모듈에 대한 모니터링 데이터를 수집하여, 기정의된 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용해 상기 마스터 모듈 및 슬레이브 모듈에 대한 고장 상태를 결정하는 모니터링 시스템;을 포함한다. 여기에서, 상기 태양광 인버터 구동 시스템은, 상기 마스터 모듈이 우선적으로 상기 전력을 전력 계통으로 송전하도록 구성되되, 상기 모니터링 시스템에 의해 상기 마스터 모듈이 고장 상태로 결정되는 경우, 상기 마스터 모듈이 차단되고 상기 슬레이브 모듈이 동작하도록 구성된다. In accordance with one aspect of the present invention, there is provided a solar inverter driving system using a multilayer neural network failure diagnosis model, comprising: a solar panel for converting solar energy into electrical energy and outputting power; a master module and a slave module each including an inverter module, converting the power output from the solar panel into AC and transmitting it to the power system; and a monitoring system that collects monitoring data for the master module and the slave module, and determines a failure state for the master module and the slave module using a predefined multi-layer neural network failure diagnosis model. Here, the solar inverter driving system is configured such that the master module preferentially transmits the power to the power system, and when the master module is determined to be in a fault state by the monitoring system, the master module is cut off and The slave module is configured to operate.

일 실시예에서, 상기 태양광 인버터 구동 시스템은, 상기 모니터링 시스템에 의해 상기 마스터 모듈이 고장 상태로 결정되는 경우, 상기 마스터 모듈을 상기 태양광 패널로부터 차단시키고, 상기 슬레이브 모듈이 상기 태양광 패널과 연결되어 동작하도록 전환하는, 전력 전환 스위칭 장치를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the solar inverter driving system, when the master module is determined to be in a fault state by the monitoring system, cuts off the master module from the solar panel, and the slave module and the solar panel It may further include a power conversion switching device that is connected to switch to operate.

일 실시예에서, 상기 모니터링 시스템은, 인버터 발전량 및 전력량계 발전량을 포함하는 모니터링 데이터를 수집하여 저장하는 저장 장치와, 상기 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용해 상기 마스터 모듈 및 슬레이브 모듈에 대한 고장 상태를 결정하는 고장 진단 서버를 포함할 수 있다. In one embodiment, the monitoring system includes a storage device that collects and stores monitoring data including inverter generation amount and watt-hour meter generation amount, and a failure state for the master module and slave module using the multi-layer neural network failure diagnosis model. A fault diagnosis server may be included.

일 실시예에서, 상기 다층 신경망 고장 진단 모델은, 기정의된 값의 환산 발전량, 전력량계 점검 발전량, 인버터 점검 발전량 및 오차(전력량계 점검발전량 - 인버터 점검발전량)이 입력으로 정의되고, 정상 상태, 인버터 고장 상태 및 전력량계 고장 상태가 출력으로 정의되며, 사전 수집된 기초 데이터를 이용해 학습이 완료된 다층 퍼셉트론 신경망 모델에 해당할 수 있다. In one embodiment, the multi-layer neural network failure diagnosis model is defined as an input in which the converted power generation of a predefined value, the watt-hour meter check power generation amount, the inverter check power generation amount and error (watt-hour meter check power generation amount-inverter check power generation amount) are defined as inputs, and the normal state, inverter failure State and watt-hour meter failure state are defined as outputs, and it can correspond to a multi-layer perceptron neural network model that has been trained using pre-collected basic data.

본 발명의 다른 일 측면에 따른 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용한 태양광 인버터 구동 방법은 태양광 인버터 구동 시스템에서 수행된다. 여기에서, 상기 태양광 인버터 구동 시스템은, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전력을 출력하는 태양광 패널; 각각 인버터 모듈을 포함하며, 상기 태양광 패널에서 출력되는 전력을 교류로 변환하여 전력 계통으로 송전하는 마스터 모듈 및 슬레이브 모듈; 및 상기 마스터 모듈 및 슬레이브 모듈에 대한 모니터링 데이터를 수집하여, 기정의된 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용해 상기 마스터 모듈 및 슬레이브 모듈에 대한 고장 상태를 결정하는 모니터링 시스템;을 포함하여 구성된다. A solar inverter driving method using a multilayer neural network failure diagnosis model according to another aspect of the present invention is performed in a solar inverter driving system. Here, the solar inverter driving system may include: a solar panel that converts solar energy into electrical energy and outputs power; a master module and a slave module each including an inverter module, converting the power output from the solar panel into AC and transmitting it to the power system; and a monitoring system that collects monitoring data for the master module and the slave module, and determines a failure state for the master module and the slave module using a predefined multi-layer neural network failure diagnosis model.

여기에서, 태양광 인버터 구동 방법은, 상기 모니터링 시스템이, 상기 마스터 모듈과 연관되는 데이터로서, 인버터 발전량 및 전력량계 발전량을 포함하는 모니터링 데이터를 수집하는 단계; 상기 모니터링 시스템이, 상기 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용해 상기 마스터 모듈에 대한 고장 상태를 결정하는 단계; 및 상기 마스터 모듈이 고장 상태로 결정되는 경우, 전력 전환 스위칭 장치를 통해 상기 마스터 모듈이 상기 태양광 패널과 차단되고 상기 슬레이브 모듈이 상기 태양광 패널과 연결되어 동작하는 단계;를 포함한다. Here, the method for driving a solar inverter includes: collecting, by the monitoring system, monitoring data including an inverter power generation amount and an watt-hour meter power generation amount as data associated with the master module; determining, by the monitoring system, a failure state for the master module using the multi-layer neural network failure diagnosis model; and when the master module is determined to be in a failure state, the master module is cut off from the solar panel through a power conversion switching device, and the slave module is connected to the solar panel to operate.

일 실시예에서, 상기 다층 신경망 고장 진단 모델은, 기정의된 값의 환산 발전량, 전력량계 점검 발전량, 인버터 점검 발전량 및 오차(전력량계 점검발전량 - 인버터 점검발전량)이 입력으로 정의되고, 정상 상태, 인버터 고장 상태 및 전력량계 고장 상태가 출력으로 정의되며, 사전 수집된 기초 데이터를 이용해 학습이 완료된 다층 퍼셉트론 신경망 모델에 해당할 수 있다.In one embodiment, the multi-layer neural network failure diagnosis model is defined as an input in which the converted power generation of a predefined value, the watt-hour meter check power generation amount, the inverter check power generation amount and error (watt-hour meter check power generation amount-inverter check power generation amount) are defined as inputs, and the normal state, inverter failure State and watt-hour meter failure state are defined as outputs, and it can correspond to a multi-layer perceptron neural network model that has been trained using pre-collected basic data.

본 발명에 따르면, 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용해 태양광 인버터 모듈의 고장 여부를 보다 정확하고 신속하게 진단할 수 있으며, 마스터-슬레이브 구동 방식의 인버터 모듈을 적용하여 어느 하나의 인버터 모듈에 고장이 발생되더라도 안정적으로 구동될 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, the failure of the solar inverter module can be diagnosed more accurately and quickly using the multi-layer neural network failure diagnosis model, and a failure occurs in any one inverter module by applying the master-slave driving method inverter module. However, there is an advantage that it can be operated stably.

도 1 내지 14는 본 발명에 따른 태양광 인버터 구동 시스템의 구성 및 동작을 설명하기 위한 참조도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 인버터 구동 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
1 to 14 are reference views for explaining the configuration and operation of a solar inverter driving system according to the present invention.
2 is a block diagram for explaining the configuration of a solar inverter driving system according to the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

1. 서론1. Introduction

본 발명은 상술한 종래 기술의 한계 및 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 인공지능 알고리즘을 이용하여 인버터 고장 여부를 보다 정확하고 신속하게 진단할 수 있는 인버터 고장 진단 기술을 제안하며, 또한, 이러한 진단 기술을 이용하여 안정적으로 인버터를 구동할 수 있는 인버터 구동 시스템을 제안한다. The present invention has been devised to solve the above-described limitations and problems of the prior art, and proposes an inverter fault diagnosis technology that can more accurately and quickly diagnose whether an inverter is faulty using an artificial intelligence algorithm, and also We propose an inverter drive system that can stably drive an inverter using

보다 구체적으로, 본 발명은 태양광 발전소의 인버터 고장 데이터를 활용하여 고장을 진단할 수 있는 다층 신경망 고장진단 모델을 제안한다. 인버터의 고장진단을 위한 다층 신경망 모델의 설계에 있어 가장 중요한 요소는 학습 데이터이다. 여기에서, 본 발명은 현재 가동 중에 있는 125개소의 태양광 발전소에서 취득한 1년간(2018년 4월 ~ 2019년 3월) 데이터를 학습 데이터로 활용하였으며, 취득된 데이터는 발전소 용량, 전월 발전량, 전월 검침 양, 전전월 검침 양, 계기 배수량, 당월 인버터 검침 양, 전월 인버터 검침 양, 인버터 고장 시의 데이터, 전력량계 지시 값 등 1600개 이상을 포함하고 있다. More specifically, the present invention proposes a multi-layer neural network failure diagnosis model capable of diagnosing failures using inverter failure data of a solar power plant. The most important factor in designing a multi-layer neural network model for fault diagnosis of inverters is learning data. Here, in the present invention, data for one year (April 2018 to March 2019) acquired from 125 photovoltaic power plants currently in operation was used as learning data, and the acquired data is the power plant capacity, power generation in the previous month, and the previous month. It contains more than 1,600 items such as meter reading amount, previous month meter reading amount, meter displacement, current month inverter meter reading amount, previous month inverter meter reading amount, data in case of inverter failure, and watt-hour meter reading value.

또한, 본 발명은 인버터 시스템의 안정적인 동작 구현을 위한 마스터-슬레이브(Master-Slave) 구동 방식의 인버터 구동 시스템을 제안한다. 본 발명에 따른 인버터 구동 시스템은 상술한 다층 신경망 고장진단 모델이 적용될 수 있다. In addition, the present invention proposes an inverter driving system of a master-slave driving method for realizing a stable operation of the inverter system. In the inverter driving system according to the present invention, the above-described multi-layer neural network failure diagnosis model may be applied.

이하에서는, 본 발명에 따른 인버터 고장 진단 기술 및 인버터 구동 시스템에 관하여 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, an inverter fault diagnosis technology and an inverter driving system according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

2. 인버터 고장 유형 및 기존의 진단 방법2. Inverter Failure Types and Conventional Diagnosis Methods

도 1을 참조하면, 태양광 발전시스템은 전기를 생산하는 태양전지 모듈, 각종 모듈들을 직병렬로 연결하는 접속함, 태양전지에서 만들어진 직류 전원을 교류 전원으로 변환시켜주는 인버터 및 전력량을 측정 관리하는 전력량계를 포함하여 구성된다. 또한, 태양광 발전시스템은 상용 전력과 연계 운전을 하기 위한 연계 설비, 태양광발전 설비를 낙뢰와 외부 이상 전압으로부터 보호하기 위한 피뢰 및 접지 설비, 필요에 따라서 설치할 수 있는 축전지 설비 등을 더 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 1, the solar power generation system includes a solar cell module that produces electricity, a junction box that connects various modules in series and parallel, an inverter that converts DC power made in solar cells into AC power, and measures and manages the amount of power. It consists of a power meter. In addition, the photovoltaic power generation system further includes a linkage facility for operating in conjunction with commercial power, a lightning protection and grounding facility to protect the photovoltaic power plant from lightning and external abnormal voltage, and a storage battery facility that can be installed as needed. can be configured.

태양광 발전 시스템에 구성되는 인버터는 전력을 변환하는 장치로, 구성이 매우 복잡하고 고장이 자주 발생된다. 여기에서, 태양광 발전 시스템의 인버터와 관련된 고장 유형은 다음과 같다. An inverter configured in a photovoltaic power generation system is a device that converts power, has a very complex configuration, and frequently breaks down. Here, the failure types related to the inverter of the solar power generation system are as follows.

가. 과전압, 과전류go. overvoltage, overcurrent

인버터의 초기 기동이나 MPPT의 급변으로 인해 제어 등 특성에 따라 과전압, 과전류가 발생한다. 인버터에 과전압 또는 과전류 경고가 많이 뜨게 되면 인버터에 상당한 무리를 주는 것이므로 수명이 급격히 줄어들고 손상을 주어 동작을 멈추게 된다.Due to the initial start of the inverter or sudden change of the MPPT, overvoltage and overcurrent occur depending on characteristics such as control. If a lot of overvoltage or overcurrent warnings appear on the inverter, it puts a lot of strain on the inverter, so the lifespan will be drastically reduced and damage will cause the operation to stop.

나. 과열me. overheating

인버터는 반도체 소자의 수~수십[KHz]의 반복적인 On/Off 동작으로 전력을 전달한다. 여기에서, 반도체 소자에서 매우 높은 열이 발생되며 이러한 열을 잘 배출시켜줘야 한다. 이 때, 통풍구에 먼지가 쌓이거나 방열판에 이물질이 쌓여서 자연 대류가 잘 안 되는 경우 발열로 인한 고장이 발생될 수 있다. The inverter delivers power through the repetitive On/Off operation of several to tens [KHz] of semiconductor devices. Here, very high heat is generated in the semiconductor device, and this heat must be well discharged. At this time, if dust accumulates in the ventilation hole or foreign matter accumulates on the heat sink, and natural convection is not good, a malfunction due to heat may occur.

다. 과부하All. overload

인버터 부하가 정격보다 클 때, 인버터의 출력이 단락되거나 전원 용량보다 큰 부하가 접속할 경우 과부하가 발생한다.When the inverter load is greater than the rated output, an overload occurs when the inverter output is short-circuited or a load greater than the power supply capacity is connected.

라. 기타 인버터 내부 고장la. Other inverter internal faults

인버터의 내부 부품으로서 고장이 발생될 수 있는 부품은 냉각팬, 콘덴서, 스위칭 소자, 필터 등이 있다. As internal parts of the inverter, the parts that may fail include a cooling fan, a condenser, a switching element, and a filter.

현재, 상기와 같은 인버터 고장을 진단하기 위한 다양한 기술들이 활용되고 있다. 태양전지 I-V 특성 곡선을 이용한 최대 전력점 추적 방법(MPPT), TDR(Time Domain Reflectometory) 계측 방법, SSTDR (Spread Spectrum Time Domain Reflectometry) 계측 방법, 적외선 열화상 촬영 방법, CCTV 및 모니터링을 통한 감시 및 진단 방법 등을 예로 들 수 있다. 그러나, 이러한 기존의 진단 방법들은 측정 장비를 이용해 현장에서 직접 고장 여부를 진단하는 방식으로, 원거리에서 고장 탐지 성능이 낮거나 불가능하며, 고장점 측정을 위해 전선을 개방할 필요가 있는 등, 진단 정확도와 속도 측면에서 한계가 있다. Currently, various techniques for diagnosing inverter failures as described above are being used. Maximum power point tracking method (MPPT) using solar cell I-V characteristic curve, TDR (Time Domain Reflectometry) measurement method, SSTDR (Spread Spectrum Time Domain Reflectometry) measurement method, infrared thermal imaging method, monitoring and diagnosis through CCTV and monitoring method and the like. However, these existing diagnostic methods are a method of diagnosing faults directly in the field using measuring equipment, and the fault detection performance at a long distance is low or impossible, and it is necessary to open a wire to measure the fault point. And there are limitations in terms of speed.

본 발명은 이러한 종래 진단 기술의 한계를 극복하기 위한 기술적 수단으로서, 이하에서 설명하는 인버터 고장 진단 기술 및 인버터 구동 시스템을 제안한다. The present invention proposes an inverter fault diagnosis technique and an inverter driving system described below as technical means for overcoming the limitations of the conventional diagnosis technique.

3. 다층신경망 인버터 고장진단 모델3. Multilayer Neural Network Inverter Failure Diagnosis Model

본 발명에 따른 다층신경망 인버터 고장진단 모델(이하, 다층 신경망 모델)은 다층 퍼셉트론(Multi-Layer Perceptron) 신경망으로 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 다층 신경망 모델은 도 2에 도시된 바와 같이, 입력 x가 4개(x1 ~x4), 은닉층이 3층, 출력 y는 3개(y1 ~ y3)로 정의될 수 있다. 여기에서, 아래 표1과 같이, 입력 변수 x에서 x1은 99[kW] 환산 발전량, x2는 인버터 점검발전량, x3는 전력량계 점검발전량, x4는 오차로 정의될 수 있고, 은닉층의 뉴런은 총 22개의 3층으로 구성될 수 있으며, 출력 y에서 y1은 정상상태, y2는 인버터 고장상태, y3는 전력량계 고장상태로 정의될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 다층 신경망 모델은 아래 표 2와 같이 구현될 수 있다. The multi-layer neural network inverter fault diagnosis model (hereinafter, multi-layer neural network model) according to the present invention may be implemented as a multi-layer perceptron neural network. As shown in FIG. 2 , the multilayer neural network model according to the present invention may be defined as four inputs (x1 to x4), three hidden layers, and three outputs y (y1 to y3). Here, as shown in Table 1 below, in the input variable x, x1 can be defined as 99[kW] converted power generation, x2 is inverter check power generation, x3 is watt-hour meter check power generation amount, and x4 is error, and there are 22 neurons in the hidden layer. It may be composed of three layers, and in the output y, y1 may be defined as a normal state, y2 may be defined as an inverter failure state, and y3 may be defined as a watt-hour meter failure state. In addition, the multilayer neural network model according to the present invention may be implemented as shown in Table 2 below.

[표 1][Table 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

[표 2][Table 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

한편, 상술한 다층신경망 인버터 고장진단 모델에 관한 상세 내용은 본 발명에 따른 기술적 사상을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위를 한정하고자 하는 것은 아니며, 필요에 따라 이와 다르게 정의될 수 있음은 물론이다. On the other hand, the details of the above-described multilayer neural network inverter failure diagnosis model are for more clearly explaining the technical idea according to the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention, and may be defined differently if necessary. of course there is

이하에서는, 본 발명에 따른 다층신경망 모델을 이용한 인버터 고장 진단 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, an inverter fault diagnosis method using a multilayer neural network model according to the present invention will be described.

4. 다층신경망 모델을 이용한 인버터 고장 진단 방법4. Inverter fault diagnosis method using multi-layer neural network model

본 발명에 따른 인버터 고장 진단 방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 태양광 인버터와 연관된 데이터를 수집하는 데이터 수집 단계, 수집된 데이터에서 고장진단에 필요한 항목들을 정리를 하는 데이터 마이닝 단계, 정리된 데이터들을 이용해 기정의된 딥러닝 모델인 다층신경망 인버터 고장진단 모델을 학습시키는 학습 단계, 학습 완료된 다층신경망 인버터 고장진단 모델을 이용하여 인버터의 고장을 진단하는 진단 및 예측 단계로 진행될 수 있다. Inverter fault diagnosis method according to the present invention, as shown in FIG. 3, a data collection step of collecting data related to a solar inverter, a data mining step of arranging items necessary for fault diagnosis from the collected data, It can proceed to the learning step of learning the multilayer neural network inverter fault diagnosis model, which is a predefined deep learning model using data, and the diagnosis and prediction step of diagnosing the fault of the inverter using the learned multilayer neural network inverter fault diagnosis model.

본 발명에 따른 다층신경망 모델을 위한 기초 데이터로서 현재 가동 중에 있는 125곳의 태양광 발전소의 실제 데이터를 수집하여 활용하였다. 한편, 태양광 발전소의 발전용량이 30kW ~ 500kW로 다양하여 발전용량을 99kW로 환산한 데이터를 고장진단 예측 시뮬레이션에 이용하였다. 고장진단 예측에 이용한 데이터는 총 1600개로, 2018년 4월 ~ 2019년 3월까지이며 1년간의 현장 취득 데이터이다. 여기에서, 본 발명에 따른 다층 신경망 모델에 적용될 수 있는 기초 데이터(현장 취득 원본 데이터)는, 당월 검침량, 전월 검침량, 인버터 검침량, 전월 발전량 {(전월검침 - 당월발전량)*계기배수}, 전력량계 점점 발전량 {(당월검침 * 계기배수}-(전월검침 * 계기배수)}, 인버터 점검발전량 (인버터 검침량 - 전전월 인버터 검침량), 오차량 (전력량계 점검 발전량 - 인버터 점검 발전량), 월 99[kW] 변환발전량 {(99 * 전월발전량)/ 용량}, 용량, 계기배수, 계량기 고장유무 (안전관리자 확인), 인버터 고장유무 (안전관리자 확인), 발전소명을 포함할 수 있다. As basic data for the multilayer neural network model according to the present invention, actual data of 125 solar power plants currently in operation were collected and utilized. Meanwhile, since the power generation capacity of the solar power plant varied from 30kW to 500kW, the data converted to 99kW of the power generation capacity was used for the failure diagnosis prediction simulation. There are a total of 1600 data used for failure diagnosis prediction, from April 2018 to March 2019, and it is data obtained from the field for one year. Here, the basic data (source data obtained on site) that can be applied to the multilayer neural network model according to the present invention is current month meter reading amount, previous month meter reading amount, inverter meter reading amount, previous month power generation {(previous month meter reading - current month power generation) * meter multiple} , watt-hour meter incremental generation {(current month meter reading * meter multiplier}-(previous month meter reading * meter multiplier)}, inverter inspection power generation (inverter meter reading amount - previous month inverter meter reading amount), error amount (watt-hour meter check generation - inverter check generation), 99 per month [kW] Conversion power {(99 * previous month's)/capacity}, capacity, meter drainage, meter failure (check the safety manager), inverter failure (check the safety manager), and the name of the power plant can be included.

데이터 수집 이후, 인버터 고장검출에 적용하기 위한 데이터 마이닝을 수행하여 인버터 고장진단에 필요한 데이터를 도출한다. 여기에서, 데이터 마이닝에 필요한 항목은 용량 (발전소 용량), 전월 발전량 {(전월검침량 - 전전월검침량) * 계기배수}, 전월검침량, 전전월 검침량, 계기배수, 당월 인버터검침량, 전월 인버터검침량, 인버터 검침량, 전월 인버터검침량, 고장 유무 (인버터, 전력량계)를 포함할 수 있다.After data collection, data mining for application to inverter fault detection is performed to derive data necessary for inverter fault diagnosis. Here, the items required for data mining are capacity (power plant capacity), power generation in the previous month {(meter reading in the previous month - meter reading in the previous month) * meter multiple}, meter reading in the previous month, meter reading in the previous month, meter multiple, inverter meter reading in the current month, inverter in the previous month It can include meter reading amount, inverter meter reading amount, previous month inverter meter reading amount, and whether there is a failure (inverter, watt-hour meter).

데이터 마이닝을 통해 도출되는 인버터 고장진단에 필요한 데이터로서, 데이터 학습과 예측에 필요한 항목은 99[kW] 환산 발전량, 인버터 점검발전량, 전력량계 점검발전량, 오차, 고장상태 유무(정상, 인버터 고장, 전력량계 고장)를 포함할 수 있다. As data required for inverter fault diagnosis derived through data mining, the items necessary for data learning and prediction are 99[kW] converted power generation, inverter check power generation, watt-hour meter check power generation, error, and whether there is a fault condition (normal, inverter failure, power meter failure) ) may be included.

x1 : 99[kW] 환산 발전량 = (99 * 전원발전량)/용량x1 : 99[kW] converted power = (99 * power generation)/capacity

x2 : 전력량계 월 발전량 = (당월 인버터 검침 * 계기 배수) - (전월 인버터 검침 * 계기 배수)x2 : Electricity meter monthly power generation = (inverter meter reading in current month * meter multiple) - (inverter meter reading in previous month * meter multiple)

x3 : 인버터 월 발전량 (당월 인버터 검침 - 전월 인버터 검침)x3: Inverter monthly power generation (inverter meter reading for the current month - inverter meter reading for the previous month)

x4 : 오차(x2-x3) (전력량계 점검발전량 - 인버터 점검발전량)x4: error (x2-x3) (watt-hour meter check power generation - inverter check power generation)

y1 : 정상 상태(normal)y1 : Normal

y2 : 인버터 고장 상태(INV fault)y2 : Inverter fault status (INV fault)

y3 : 전력량계 고장 상태(MET fault)y3: watt-hour meter fault condition (MET fault)

한편, 상술한 다층신경망 인버터 고장진단 모델의 학습 및 진단을 위한 데이터 항목들은 본 발명에 따른 기술적 사상을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위를 한정하고자 하는 것은 아니며, 필요에 따라 이와 다르게 정의될 수 있음은 물론이다. On the other hand, the data items for learning and diagnosing the multi-layer neural network inverter failure diagnosis model described above are for more clearly explaining the technical idea according to the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. Of course, it may be defined differently.

다층신경망 진단을 위한 활성화 함수를 선정하기 위하여, 현재 가장 많이 활용되고 있는 3가지 종류의 활성화 함수 중 Sigmoid-Softmax, TanH-Softmax, ReLU-Softmax에 대하여 정확도 예측을 위한 시뮬레이션을 수행하였다. 도 4에서, (A)는 Sigmoid-Softmax, (B)는 TanH-Softmax, (C)는 ReLU-Softmax의 시뮬레이션 결과를 나타내며, 아래 표 3은 각 함수별 정확도 및 손실에 대한 결과를 나타낸다.In order to select an activation function for multilayer neural network diagnosis, simulations for accuracy prediction were performed for Sigmoid-Softmax, TanH-Softmax, and ReLU-Softmax among the three types of activation functions that are currently most used. In FIG. 4, (A) is a simulation result of Sigmoid-Softmax, (B) is TanH-Softmax, (C) is a simulation result of ReLU-Softmax, and Table 3 below shows the results for accuracy and loss for each function.

[표 3][Table 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

도 4 및 표 3을 참조하면, 입력으로 ReLU, 출력으로 Softmax을 적용하는 경우 97%의 정확도와 0.17%의 손실을 보여, 가장 적합한 것으로 나타났다.Referring to FIG. 4 and Table 3, when ReLU as input and Softmax as output are applied, accuracy of 97% and loss of 0.17% are shown, which is the most suitable.

다음으로, 다층신경망 진단을 위한 최적화 함수를 선정하기 위하여, 현재 가장 많이 활용되고 있는 3가지 종류의 최적화 함수 중 SGD, Adagrad, Adam에 대하여 정확도 예측을 위한 시뮬레이션을 수행하였다. 도 5에서, (A)는 SGD, (B)는 Adagrad, (C)는 Adam의 시뮬레이션 결과를 나타내며, 아래 표 4는 각 함수별 정확도 및 손실에 대한 결과를 나타낸다.Next, in order to select an optimization function for diagnosing a multilayer neural network, simulations for accuracy prediction were performed for SGD, Adagrad, and Adam among the three types of optimization functions that are currently most used. In FIG. 5, (A) is SGD, (B) is Adagrad, (C) is Adam's simulation results, and Table 4 below shows the results for accuracy and loss for each function.

[표 4][Table 4]

Figure pat00004
Figure pat00004

도 5 및 표 4를 참조하면, 입력 및 출력에 ReLU, Softmax를 적용하고 최적화 함수에 Adam를 적용하는 경우, 97%의 정확도와 0.11%의 손실을 보여, 가장 적합한 것으로 나타났다.Referring to FIG. 5 and Table 4, when ReLU and Softmax are applied to the input and output and Adam is applied to the optimization function, 97% accuracy and 0.11% loss are shown, which is the most suitable.

다음으로, 다층신경망 진단을 위한 Batch size를 선정하기 위하여, Batch size의 크기를 4가지로 나누고, Batch size 크기와 훈련에 소요되는 시간에 따른 정확도 예측을 위한 시뮬레이션을 수행하였다. 도 6에서, (A)는 Batch size 5, (B)는 Batch size 30, (C)는 Batch size 100, (D)는 Batch size 500의 시뮬레이션 결과를 나타내며, 아래 표 5는 Batch size 크기와 시간별 정확도 분석 결과를 나타낸다.Next, in order to select a batch size for diagnosing a multilayer neural network, the batch size was divided into four, and a simulation was performed to predict the accuracy according to the batch size size and training time. In FIG. 6, (A) is Batch size 5, (B) is Batch size 30, (C) is Batch size 100, (D) is a simulation result of Batch size 500, and Table 5 below shows batch size size and time The accuracy analysis result is shown.

[표 5][Table 5]

Figure pat00005
Figure pat00005

도 6 및 표 5를 참조하면, 훈련 정확도는 batch size가 30일 때 96.7%로 가장 높았고, 훈련 속도는 batch size가 500일 때 가장 빠른 것으로 나타났다. 즉, Batch size가 커질수록 훈련 속도가 빠른 반면 정확도는 감소하는 것으로 나타났다.6 and Table 5, the training accuracy was the highest at 96.7% when the batch size was 30, and the training speed was the fastest when the batch size was 500. That is, as the batch size increases, the training speed increases, while the accuracy decreases.

다음으로, 다층신경망 진단을 위한 학습 횟수(Epoch)를 선정하기 위하여, 다양한 Epoch를 적용한 시뮬레이션을 진행하여 정확도와 시간 분석을 시행하였다. 도 7에서, (A)는 Epoch 1000, (B)는 Epoch 2000, (C)는 Epoch 3000의 시뮬레이션 결과를 나타내며, 아래 표 6은 Epoch 횟수별 정확도와 시간 분석 결과를 나타낸다.Next, in order to select the number of epochs for diagnosing the multilayer neural network, simulations applying various epochs were performed to analyze accuracy and time. 7, (A) shows simulation results of Epoch 1000, (B) Epoch 2000, and (C) Epoch 3000, and Table 6 below shows the accuracy and time analysis results for each number of epochs.

[표 6][Table 6]

Figure pat00006
Figure pat00006

도 7 및 표 6을 참조하면, 1000회 훈련되었을 때 가장 높은 정확도 96.7%를 나타냈다. 2000회, 3000회 훈련시 비슷한 정확도를 나타냈으나, 1000회 이상 훈련되었을 때 과적합(Over fitting)이 발생하는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7 and Table 6, it showed the highest accuracy of 96.7% when trained 1000 times. Although similar accuracy was shown in 2000 and 3000 training, it can be confirmed that overfitting occurs when training more than 1000 times.

본 발명에 따른 다층신경망 모델을 학습시킨 후, 태양광 인버터 및 전력량계에 대한 고장 여부를 진단하는 예측 실험을 진행하였다. 진단 예측을 시뮬레이션을 위해 Anaconda에서 제공하는 Tensor flow 기반의 Python을 사용하였다. 본 발명에 따른 다층신경망 모델을 이용하여 1600개의 데이터 셋을 학습시켰다. 학습 데이터의 구성(표 7), 다층 신경망 모델의 매개변수 파라미터(표 8)는 다층신경망 모델의 요약(표 9)은 아래와 같다. After learning the multilayer neural network model according to the present invention, a prediction experiment was conducted to diagnose the failure of the solar inverter and the watt-hour meter. To simulate diagnostic prediction, Tensor flow-based Python provided by Anaconda was used. 1600 data sets were trained using the multilayer neural network model according to the present invention. The configuration of the training data (Table 7), the parameters of the multilayer neural network model (Table 8), and the summary of the multilayer neural network model (Table 9) are as follows.

[표 7][Table 7]

Figure pat00007
Figure pat00007

[표 8][Table 8]

Figure pat00008
Figure pat00008

[표 9][Table 9]

Figure pat00009
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이하에서는, 본 발명에 따른 다층신경망 모델의 시뮬레이션 결과에 대해 설명한다. Hereinafter, simulation results of the multilayer neural network model according to the present invention will be described.

도 8 및 9는 인버터의 고장예측율의 정확도와 손실율을 나타내며, 도 10 및 도 11은 각각 정상 상태와 인버터 고장 상태에 대한 고장 예측 결과를 나타낸다. 8 and 9 show the accuracy and loss rate of the failure prediction rate of the inverter, and FIGS. 10 and 11 show the failure prediction results for the normal state and the inverter failure state, respectively.

본 발명에 따른 다층신경망 모델의 가장 중요한 지표인 손실률과 정확도는 각각 정확도 97%와 손실률 0.11%를 나타났다. The loss rate and accuracy, which are the most important indicators of the multilayer neural network model according to the present invention, showed an accuracy of 97% and a loss rate of 0.11%, respectively.

[표 10][Table 10]

Figure pat00010
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[표 11][Table 11]

Figure pat00011
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아래 표 10(현장 데이터를 다층신경망 모델이 정상상태라고 판정한 결과) 및 표 11(현장 데이터를 다층신경망 모델이 인버터 고장상태라고 판정한 결과)을 참조하면, 인버터가 고장상태일 때 다층신경망 모델에서 97%의 정확도로 예측할 수 있다고 볼 수 있다. 한편, 고장상태라 함은 인버터가 완전히 동작을 멈추었을 때뿐만 아니라 불완전 동작이나 효율이 급격하게 감소하거나 인버터 내부 및 외부 부품 등의 오동작으로 인하여 정상적인 동작이 이루어지지 않고 있음을 의미한다. 본 발명에 따른 다층신경망 모델이 인버터의 동작을 비정상으로 판정하는 경우는 99[kW] 발전소가 발전하는 양과 인버터에 표시된 지시 값과 전력량계의 지시 값 그리고 그 오차 값들이 이상 변화를 일으키는 경우로, 이는 정상 동작 시보다 그 변화량이 큰 경우임을 확인할 수 있다.Referring to Table 10 (the result of judging the field data that the multilayer neural network model is in a normal state) and Table 11 (the result of determining the field data that the multilayer neural network model is in the inverter failure state) below, the multilayer neural network model when the inverter is in a failure state can be predicted with an accuracy of 97%. On the other hand, the fault state means that the inverter does not operate normally due to incomplete operation, a sharp decrease in efficiency, or malfunction of internal and external components of the inverter as well as when the inverter completely stops operating. When the multilayer neural network model according to the present invention determines that the inverter operation is abnormal, the 99 [kW] power generation amount, the indicated value displayed on the inverter, the indicated value of the watt-hour meter, and the error values cause abnormal changes, which It can be confirmed that the change amount is larger than that during normal operation.

5. 마스터-슬레이브(Master-Slave) 구동 방식의 인버터 구동 시스템5. Master-Slave drive type inverter drive system

이하에서는, 본 발명에 따른 인버터 구동 시스템으로서, 상술한 다층신경망 모델이 적용된 마스터-슬레이브(Master-Slave) 구동 방식의 인버터 구동 시스템에 대하여 설명한다. 본 발명에 따른 인버터 구동 시스템은 현장에서 활용되고 있는 인버터 모듈을 안정적으로 동작하도록 할 수 있다. Hereinafter, as an inverter driving system according to the present invention, an inverter driving system of a Master-Slave driving method to which the above-described multilayer neural network model is applied will be described. The inverter driving system according to the present invention can stably operate the inverter module used in the field.

도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 인버터 구동 시스템은, 태양광 패널과, 이와 연결된 마스터 모듈 및 슬레이브 모듈과, 모니터링 시스템과, 전력 전환 스위칭 장치를 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서, 마스터 모듈은 태양광 패널과 연결되어 우선적으로 동작하며, 슬레이브 모듈은 마스터 모듈이 고장 상태로 판별되는 경우 보조적으로 동작하도록 구성된다. 여기에서, 마스터 모듈 및 슬레이브 모듈은 접속함 모듈 및 인버터 모듈을 포함하여 구성될 수 있으며, 도 12에 도시되지 않은 다른 구성(전력량계 등)이 더 포함되어 구성될 수 있음은 물론이다. Referring to FIG. 12 , the inverter driving system according to the present invention may include a solar panel, a master module and a slave module connected thereto, a monitoring system, and a power conversion switching device. Here, the master module is connected to the solar panel and operates preferentially, and the slave module is configured to operate auxiliary when the master module is determined to be in a fault state. Here, the master module and the slave module may be configured to include a junction box module and an inverter module, and of course, other configurations (such as a watt-hour meter) not shown in FIG. 12 may be further included.

본 발명에 따른 인버터 구동 시스템에서 모니터링 시스템은 마스터 모듈의 인버터에서 생산하는 전력량과 주변 계량기 및 접속함에 발생하는 데이터 등을 지속적으로 모니터링하며, 다층신경망 모델을 이용해 마스터 모듈의 인버터, 전력량계 등 구성요소에 대한 정상상태(또는 고장 발생 확률)를 예측한다. 여기에서, 다층 신경망 모델을 통해 고장 상태로 판정(또는 예측)되는 경우 전력변환 스위치 장치가 동작하여 슬레이브 모듈이 구동되도록 한다. 이때, 관리자는 슬레이브 모듈이 동작하는 동안 마스터 모듈의 고장 부품을 점검함으로써 고장요인을 제거할 수 있다. In the inverter driving system according to the present invention, the monitoring system continuously monitors the amount of power produced by the inverter of the master module, the data generated in the surrounding meters, and the connection box, and uses a multilayer neural network model to control the components such as the inverter and the watt-hour meter of the master module. Predict the steady state (or the probability of failure) for Here, when it is determined (or predicted) as a failure state through the multilayer neural network model, the power conversion switch device operates to drive the slave module. In this case, the manager can remove the fault factor by checking the faulty part of the master module while the slave module is operating.

이후, 모니터링 시스템은 같은 방법으로 다층신경망 모델을 이용해 슬레이브 모듈의 인버터에서 생산하는 전력량과 주변 계량기 및 접속함에 발생하는 데이터 등을 지속적으로 모니터링하며, 다층신경망 모델을 이용해 슬레이브 모듈의 인버터, 전력량계 등 구성요소에 대한 정상상태(또는 고장 발생 확률)를 예측한다. 여기에서, 다층 신경망 모델을 통해 고장 상태로 판정(또는 예측)되는 경우 전력변환 스위치 장치가 동작하여 마스터 모듈이 구동되도록 한다. After that, the monitoring system uses the multilayer neural network model in the same way to continuously monitor the amount of power produced by the inverter of the slave module and the data generated in the surrounding meter and junction box, and configure the inverter, watt-hour meter, etc. of the slave module using the multilayer neural network model. Predict the steady state (or probability of failure) for an element. Here, when a failure state is determined (or predicted) through the multi-layer neural network model, the power conversion switch device operates to drive the master module.

본 발명에 따른 인버터 구동 시스템에 포함된 모니터링 시스템은 모니터링 데이터(인버터에서 생산하는 전력량과 주변 계량기 및 접속함에 발생하는 데이터 등 고장 진단을 위한 기초 데이터)를 저장하는 저장 장치와, 다층 신경망 모델을 이용하여 고장 여부를 진단하는 고장 진단 서버를 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서, 저장 장치는 클라우드 환경에서 구현될 수 있다. The monitoring system included in the inverter drive system according to the present invention uses a storage device for storing monitoring data (basic data for fault diagnosis such as the amount of power produced by the inverter, data generated by peripheral meters and access boxes), and a multilayer neural network model. and a failure diagnosis server for diagnosing whether there is a failure. Here, the storage device may be implemented in a cloud environment.

고장 진단 서버는 진단 결과를 관리자 디바이스로 전송하여 기정의된 GUI를 통하여 진단 결과를 출력하도록 함으로써, 관리자가 인버터 모듈의 상태를 확인하도록 할 수 있다. The fault diagnosis server transmits the diagnosis result to the manager device and outputs the diagnosis result through a predefined GUI, so that the manager can check the status of the inverter module.

본 발명에 따른 인버터 구동 시스템은 기존 인버터 운영 시스템에 적용될 수 있다. 태양광 인버터를 크게 나누면 스트링방식과 센트럴 방식으로 나눌 수 있는데 스트링방식은 모듈의 직렬군당 인버터를 사용하는 방식으로, 스트링별 MPPT 제어가 가능하며, 부분적인 그늘에 대해 효과적으로 에너지 수확은 좋은 편이다. 다만, 대용량 발전소에 적용할 때는 인버터의 개수가 너무 많아 유지보수 비용이 증가하며, 인버터의 중앙 제어가 되지 않아 단독운전 방지와 같은 계통 보호 측면에서는 다소 부적합하다. 센트럴 방식은 모든 모듈의 직·병렬 조합으로 에너지 수확이 다소 낮다는 단점이 있으나, 변환기의 효율이 우수하고, 출력 용량대비 단가가 저렴하다는 장점이 있어 대용량 산업용 인버터 방식으로 주로 사용되고 있다. 이와 같은 센트럴 방식은 단일 인버터 사용으로 계통 보호가 유리하며, 유지보수 비용이 적다는 장점은 있으나 단일 인버터를 사용하므로 인버터 고장 시 전체 시스템이 작동하지 못하는 단점을 가지고 있다. The inverter driving system according to the present invention can be applied to an existing inverter operating system. The solar inverter can be broadly divided into a string method and a central method. The string method uses an inverter per series group of modules, and MPPT control for each string is possible, and effective energy harvesting is good for partial shade. However, when applied to a large-capacity power plant, the maintenance cost increases because the number of inverters is too large, and the central control of the inverter is not performed, which is somewhat inappropriate in terms of system protection such as prevention of independent operation. The central method is a combination of all modules in series and parallel, and has the disadvantage that the energy harvest is somewhat low. The central method has advantages in that the system protection is advantageous by using a single inverter and the maintenance cost is low.

최근 이와 같은 단점을 보완하기 위한 방안으로, 대용량 센트럴 인버터를 병렬 연결해 하나의 대용량 인버터 시스템을 구현하는 멀티-센트럴 방식이 제안된 바 있다. 멀티 센트럴 방식 인버터는 센트럴 방식의 인버터를 병렬 연결한 구조로, 발전시스템 구성 시 한 개의 인버터가 아닌 여러 대의 인버터로 구성되어 있어 일출, 일몰 및 에너지가 낮은 조건에서 최소의 인버터 구동으로 시스템 전체적으로 최대의 효율성을 확보함으로써 태양광발전 설비에 대한 효율성을 향상시킬 수 있다. 다만, 이와 같이 멀티 센트럴 방식의 장점을 최대화하고 안정적인 인버터 모듈의 동작을 위해서 시스템 중 하나의 인버터에서 문제가 발생하는 경우에 고장예측을 수행하는 것이 매우 중요한 기술적 과제이다. 본 발명에 따른 인버터 구동 시스템은 도 13에 도시된 바와 같이, 멀티 센트럴 인버터 시스템에 적용될 수 있으며, 이를 통해 상술한 기술적 과제를 해결할 수 있다. Recently, as a measure to compensate for such shortcomings, a multi-central method in which a large-capacity central inverter is connected in parallel to implement a single large-capacity inverter system has been proposed. The multi-central inverter is a structure in which central inverters are connected in parallel. When configuring a power generation system, it is composed of several inverters instead of one inverter. By securing the efficiency, it is possible to improve the efficiency of the solar power generation facility. However, in order to maximize the advantages of the multi-central method and to operate the inverter module stably, it is a very important technical task to perform failure prediction when a problem occurs in one inverter in the system. The inverter driving system according to the present invention can be applied to a multi-central inverter system, as shown in FIG. 13 , thereby solving the above-described technical problem.

또한, 최근 태양 전지 모듈 1개에 매우 작은 용량의 인버터 1개를 연결하여 안정성을 향상시킨 태양광 마이크로 인버터가 제안된 바 있다. 이러한 태양광 마이크로 인버터는 인버터에 이상 발생시 연결된 모듈 전체에서 발생하는 전력량이 계통과 분리가 되는 단점이 있다. 본 발명에 따른 인버터 구동 시스템은 도 14에 도시된 바와 같이, 태양광 마이크로 인버터 시스템에 적용될 수 있으며, 이를 통해 상술한 문제를 해결할 수 있다. Also, recently, a solar micro-inverter with improved stability by connecting one inverter with a very small capacity to one solar cell module has been proposed. This solar micro-inverter has a disadvantage in that the amount of power generated from the entire connected module is separated from the system when an abnormality occurs in the inverter. As shown in FIG. 14 , the inverter driving system according to the present invention can be applied to a solar micro-inverter system, thereby solving the above-described problem.

6. 본 발명의 구성6. Construction of the present invention

이하에서는, 본 발명에 따른 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용한 태양광 인버터 구동 시스템(이하, 태양광 인버터 구동 시스템)과, 태양광 인버터 구동 시스템에서 수행되는 구동 방법에 대하여 설명하며, 다층 신경망 진단 모델에 대한 정의, 학습 과정 등 앞서 설명한 상세 내용은 생략한다. Hereinafter, a solar inverter driving system (hereinafter referred to as a solar inverter driving system) using a multilayer neural network failure diagnosis model according to the present invention and a driving method performed in the solar inverter driving system will be described, and the multilayer neural network diagnosis model will be described below. The detailed content described above, such as the definition and the learning process, will be omitted.

도 5를 참조하면, 태양광 인버터 구동 시스템(100)은 태양광 패널(110)과, 마스터 모듈(121) 및 슬레이브 모듈(122)과, 모니터링 시스템(130)과, 전력 전환 스위칭 장치(140)를 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 5 , the solar inverter driving system 100 includes a solar panel 110 , a master module 121 and a slave module 122 , a monitoring system 130 , and a power conversion switching device 140 . It may be composed of

태양광 패널(110)은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전력을 출력하는 장치이다. 여기에서, 태양광 패널(110)은 종류, 형태, 출력량 등에 한정되지 않으며, 태양 에너지를 통해 전력을 생산하는 장치라면 본 발명에 따른 태양광 패널(110)에 해당하는 것으로 해석되어야 한다. The solar panel 110 is a device that converts solar energy into electrical energy and outputs power. Here, the solar panel 110 is not limited to the type, shape, output amount, etc., and if it is a device that generates power through solar energy, it should be interpreted as corresponding to the solar panel 110 according to the present invention.

마스터 모듈(121) 및 슬레이브 모듈(122)은 각각 인버터 모듈을 포함하며, 태양광 패널(110)에서 출력되는 전력을 교류로 변환하여 전력 계통으로 송전한다. 여기에서, 마스터 모듈(121) 및 슬레이브 모듈(122)은 도 12에 도시된 바와 같이, 인버터 모듈 이외, 접속함, 전력량계 등 의도하는 기능을 수행하기 위한 추가적인 부품을 더 포함하여 구성될 수 있다. The master module 121 and the slave module 122 each include an inverter module, and converts power output from the solar panel 110 into alternating current and transmits the converted power to the power system. Here, as shown in FIG. 12 , the master module 121 and the slave module 122 may further include additional parts for performing intended functions, such as a junction box and a watt-hour meter, in addition to the inverter module.

모니터링 시스템(130)은 마스터 모듈(121) 및 슬레이브 모듈(122)에 대한 모니터링 데이터를 수집하고, 기정의된 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용해 마스터 모듈(121) 및 슬레이브 모듈(122)에 대한 고장 상태를 결정한다. The monitoring system 130 collects monitoring data for the master module 121 and the slave module 122, and uses a predefined multi-layer neural network failure diagnosis model to determine the failure state for the master module 121 and the slave module 122. to decide

일 실시예에서, 모니터링 시스템(130)은 인버터 발전량 및 전력량계 발전량을 포함하는 모니터링 데이터를 수집하여 저장하는 저장 장치와, 기정의된 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용해 마스터 모듈(121) 및 슬레이브 모듈(122)에 대한 고장 상태를 결정하는 고장 진단 서버를 포함하여 구성될 수 있다. In one embodiment, the monitoring system 130 collects and stores monitoring data including the inverter generation amount and the watt-hour meter generation amount, and the master module 121 and the slave module 122 using a predefined multi-layer neural network failure diagnosis model. ) may be configured to include a fault diagnosis server that determines a fault condition for

본 발명에 따른 태양광 인버터 구동 시스템(100)은 마스터 모듈(121)이 우선적으로 전력을 전력 계통으로 송전하도록 구성된다. 즉, 슬레이브 모듈(122)은 태양광 패널(110)과 전기적으로 차단되고, 마스터 모듈(121)이 태양광 패널(110)과 전기적으로 연결되어, 마스터 모듈(121)이 우선적으로 태양광 패널(110)에서 생산되는 전력을 전력 계통으로 송전하도록 구성된다.The solar inverter driving system 100 according to the present invention is configured such that the master module 121 preferentially transmits power to the power system. That is, the slave module 122 is electrically cut off from the solar panel 110 , and the master module 121 is electrically connected to the solar panel 110 , so that the master module 121 is preferentially connected to the solar panel ( 110) is configured to transmit the power produced in the power grid.

모니터링 시스템(130)은 마스터 모듈(121)과 연관되는 데이터로서, 인버터 발전량 및 전력량계 발전량을 포함하는 모니터링 데이터를 수집할 수 있다. 이후, 모니터링 시스템(130)은 기정의된 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용해 마스터 모듈(121)에 대한 고장 상태(정상 상태, 인버터 고장, 전력량계 고장 등)를 결정한다. As data associated with the master module 121 , the monitoring system 130 may collect monitoring data including an inverter power generation amount and an watt-hour meter power generation amount. Thereafter, the monitoring system 130 determines a failure state (normal state, inverter failure, watt-hour meter failure, etc.) for the master module 121 using a predefined multi-layer neural network failure diagnosis model.

한편, 다층 신경망 고장 진단 모델은, 상술한 바와 같이, 기정의된 값(예 : 99kW)의 환산 발전량, 전력량계 점검 발전량, 인버터 점검 발전량 및 오차(전력량계 점검발전량 - 인버터 점검발전량)가 입력으로 정의되고, 정상 상태, 인버터 고장 상태 및 전력량계 고장 상태가 출력으로 정의되며, 사전 수집된 기초 데이터를 이용해 학습이 완료된 다층 퍼셉트론 신경망 모델에 해당할 수 있다. On the other hand, in the multilayer neural network failure diagnosis model, as described above, the converted power generation of a predefined value (eg, 99 kW), the watt-hour meter check power generation amount, the inverter check power generation amount and error (watt-hour meter check power generation amount - inverter check power generation amount) are defined as inputs, , steady state, inverter failure state, and watt-hour meter failure state are defined as outputs, and it can correspond to a multi-layer perceptron neural network model that has been trained using pre-collected basic data.

모니터링 시스템(130)에 의해 마스터 모듈(140)이 고장 상태로 결정되는 경우, 모니터링 시스템(130)은 전력 전환 스위칭 장치(140)에 전력 스위칭 제어 신호를 전송하여, 전력 전환 스위칭 장치(140)가 마스터 모듈(121)를 태양광 패널(110)과 차단시키고, 슬레이브 모듈(122)를 태양광 패널(110)과 연결되도록 스위칭하여 슬레이브 모듈(122)이 동작하도록 할 수 있다. When the master module 140 is determined by the monitoring system 130 as a failure state, the monitoring system 130 transmits a power switching control signal to the power conversion switching device 140, and the power conversion switching device 140 is The master module 121 may be blocked from the solar panel 110 , and the slave module 122 may be switched to be connected to the solar panel 110 to operate the slave module 122 .

본 발명에 따르면, 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용해 태양광 인버터 모듈의 고장 여부를 보다 정확하고 신속하게 진단할 수 있으며, 마스터-슬레이브 구동 방식의 인버터 모듈을 적용하여 안정적인 동작이 가능하다. According to the present invention, the failure of the solar inverter module can be diagnosed more accurately and quickly using the multilayer neural network failure diagnosis model, and stable operation is possible by applying the master-slave drive type inverter module.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The above-described preferred embodiments of the present invention have been disclosed for the purpose of illustration, and various modifications, changes, and additions may be made by those skilled in the art with respect to the present invention within the spirit and scope of the present invention, and such modifications, changes and Additions should be considered to fall within the scope of the following claims.

100 : 태양광 인버터 구동 시스템
110 : 태양광 패널
121 : 마스터 모듈
122 : 슬레이브 모듈
130 : 모니터링 장치
140 : 전력 전환 스위칭 장치
100: solar inverter drive system
110: solar panel
121: master module
122: slave module
130: monitoring device
140: power conversion switching device

Claims (6)

다층 신경망 고장 진단 모델을 이용한 태양광 인버터 구동 시스템에 있어서,
태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전력을 출력하는 태양광 패널;
각각 인버터 모듈을 포함하며, 상기 태양광 패널에서 출력되는 전력을 교류로 변환하여 전력 계통으로 송전하는 마스터 모듈 및 슬레이브 모듈; 및
상기 마스터 모듈 및 슬레이브 모듈에 대한 모니터링 데이터를 수집하여, 기정의된 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용해 상기 마스터 모듈 및 슬레이브 모듈에 대한 고장 상태를 결정하는 모니터링 시스템;
을 포함하며,
상기 마스터 모듈이 우선적으로 상기 전력을 전력 계통으로 송전하도록 구성되되, 상기 모니터링 시스템에 의해 상기 마스터 모듈이 고장 상태로 결정되는 경우, 상기 마스터 모듈이 차단되고 상기 슬레이브 모듈이 동작하도록 구성되는,
다층 신경망 고장 진단 모델을 이용한 태양광 인버터 구동 시스템.
In a solar inverter driving system using a multilayer neural network failure diagnosis model,
a solar panel that converts solar energy into electrical energy to output power;
a master module and a slave module each including an inverter module, converting the power output from the solar panel into AC and transmitting it to the power system; and
a monitoring system that collects monitoring data for the master module and the slave module, and determines a failure state for the master module and the slave module using a predefined multi-layer neural network failure diagnosis model;
includes,
The master module is configured to preferentially transmit the power to the power grid, wherein when the master module is determined to be in a fault state by the monitoring system, the master module is cut off and the slave module is configured to operate,
A solar inverter driving system using a multi-layer neural network failure diagnosis model.
제1항에 있어서, 상기 태양광 인버터 구동 시스템은,
상기 모니터링 시스템에 의해 상기 마스터 모듈이 고장 상태로 결정되는 경우, 상기 마스터 모듈을 상기 태양광 패널로부터 차단시키고, 상기 슬레이브 모듈이 상기 태양광 패널과 연결되어 동작하도록 전환하는, 전력 전환 스위칭 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
다층 신경망 고장 진단 모델을 이용한 태양광 인버터 구동 시스템.
According to claim 1, The solar inverter driving system,
When the master module is determined to be in a fault state by the monitoring system, the master module is cut off from the solar panel, and the slave module is connected to the solar panel and switched to operate, a power conversion switching device further characterized in that it comprises
A solar inverter driving system using a multi-layer neural network failure diagnosis model.
제1항에 있어서, 상기 모니터링 시스템은,
인버터 발전량 및 전력량계 발전량을 포함하는 모니터링 데이터를 수집하여 저장하는 저장 장치와,
상기 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용해 상기 마스터 모듈 및 슬레이브 모듈에 대한 고장 상태를 결정하는 고장 진단 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는,
다층 신경망 고장 진단 모델을 이용한 태양광 인버터 구동 시스템.
According to claim 1, wherein the monitoring system,
A storage device that collects and stores monitoring data including inverter power generation and watt-hour meter power generation;
It characterized in that it comprises a failure diagnosis server for determining the failure state for the master module and the slave module using the multi-layer neural network failure diagnosis model,
A solar inverter driving system using a multi-layer neural network failure diagnosis model.
제1항에 있어서, 상기 다층 신경망 고장 진단 모델은,
기정의된 값의 환산 발전량, 전력량계 점검 발전량, 인버터 점검 발전량 및 오차(전력량계 점검발전량 - 인버터 점검발전량)이 입력으로 정의되고,
정상 상태, 인버터 고장 상태 및 전력량계 고장 상태가 출력으로 정의되며,
사전 수집된 기초 데이터를 이용해 학습이 완료된 다층 퍼셉트론 신경망 모델에 해당하는 것을 특징으로 하는,
다층 신경망 고장 진단 모델을 이용한 태양광 인버터 구동 시스템.
According to claim 1, wherein the multi-layer neural network failure diagnosis model,
Conversion power generation of a predefined value, power meter check power generation, inverter check power generation amount and error (watt-hour meter check power generation amount - inverter check power generation amount) are defined as inputs,
Normal state, inverter failure state and watt-hour meter failure state are defined as outputs,
Characterized in that it corresponds to a multi-layer perceptron neural network model that has been trained using pre-collected basic data,
A solar inverter driving system using a multi-layer neural network failure diagnosis model.
태양광 인버터 구동 시스템에서 수행되는 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용한 태양광 인버터 구동 방법에 있어서,
상기 태양광 인버터 구동 시스템은,
태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전력을 출력하는 태양광 패널;
각각 인버터 모듈을 포함하며, 상기 태양광 패널에서 출력되는 전력을 교류로 변환하여 전력 계통으로 송전하는 마스터 모듈 및 슬레이브 모듈; 및
상기 마스터 모듈 및 슬레이브 모듈에 대한 모니터링 데이터를 수집하여, 기정의된 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용해 상기 마스터 모듈 및 슬레이브 모듈에 대한 고장 상태를 결정하는 모니터링 시스템;
을 포함하여 구성되며,
상기 모니터링 시스템이, 상기 마스터 모듈과 연관되는 데이터로서, 인버터 발전량 및 전력량계 발전량을 포함하는 모니터링 데이터를 수집하는 단계;
상기 모니터링 시스템이, 상기 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용해 상기 마스터 모듈에 대한 고장 상태를 결정하는 단계; 및
상기 마스터 모듈이 고장 상태로 결정되는 경우, 전력 전환 스위칭 장치를 통해 상기 마스터 모듈이 상기 태양광 패널과 차단되고 상기 슬레이브 모듈이 상기 태양광 패널과 연결되어 동작하는 단계;를 포함하는,
다층 신경망 고장 진단 모델을 이용한 태양광 인버터 구동 방법.
In a solar inverter driving method using a multi-layer neural network failure diagnosis model performed in a solar inverter driving system,
The solar inverter drive system,
a solar panel that converts solar energy into electrical energy to output power;
a master module and a slave module each including an inverter module, converting the power output from the solar panel into AC and transmitting it to the power system; and
a monitoring system that collects monitoring data for the master module and the slave module, and determines a failure state for the master module and the slave module using a predefined multi-layer neural network failure diagnosis model;
It consists of
collecting, by the monitoring system, monitoring data including an inverter generation amount and an watt-hour meter generation amount as data associated with the master module;
determining, by the monitoring system, a failure state for the master module using the multi-layer neural network failure diagnosis model; and
When the master module is determined to be in a failure state, the master module is cut off from the solar panel through a power conversion switching device and the slave module is connected to the solar panel to operate; including,
A method of driving a solar inverter using a multi-layer neural network failure diagnosis model.
제5항에 있어서, 상기 다층 신경망 고장 진단 모델은,
기정의된 값의 환산 발전량, 전력량계 점검 발전량, 인버터 점검 발전량 및 오차(전력량계 점검발전량 - 인버터 점검발전량)이 입력으로 정의되고,
정상 상태, 인버터 고장 상태 및 전력량계 고장 상태가 출력으로 정의되며,
사전 수집된 기초 데이터를 이용해 학습이 완료된 다층 퍼셉트론 신경망 모델에 해당하는 것을 특징으로 하는,
다층 신경망 고장 진단 모델을 이용한 태양광 인버터 구동 방법.
According to claim 5, wherein the multi-layer neural network failure diagnosis model,
Conversion power generation of a predefined value, power meter check power generation, inverter check power generation amount and error (watt-hour meter check power generation amount - inverter check power generation amount) are defined as inputs,
Normal state, inverter failure state and watt-hour meter failure state are defined as outputs,
Characterized in that it corresponds to a multi-layer perceptron neural network model that has been trained using pre-collected basic data,
A method of driving a solar inverter using a multi-layer neural network failure diagnosis model.
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