KR20220167040A - 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치 - Google Patents

태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아크검출아날로그회로부(56)에서 전류/아크센서(52)로부터 감지된 전류 및 아크를 아날로그신호로 정합 및 증폭시키면 AD 변환부(57a)에서 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키고, 이어서 FFT(57b)는 AD 변환부(57a)의 디지털신호를 주파수영역에서 해석하여 신호전력분포를 파악하고, 나아가 불요대역제거부(57c)를 통해 FFT(57b)의 신호전력분포로부터 잡음대역을 제거, 유효대역전력계산부(57d)를 통해 신호전력분포에서 유효대역의 전력을 계산 그리고 아크대역전력계산부(57e)를 통해 전류/아크센서(52)에서 아크 감지시 아크대역의 전력을 계산토록 한 후, 전력비교/경고발생부(57f)로 하여금 유효대역전력계산부(57d)의 유효대역의 전력 및 아크대역전력계산부(57e)의 아크대역의 전력을 비교하여 상호간의 차이가 임계치 이상일 경우 경고신호를 발생토록 함으로써 송전선로상의 아크 이상 유무에 대한 판별을 정확하게 실현케 한 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치에 관한 발명이다.

Description

태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치{APPARATUS FOR DETERMINING WHETHER OR NOT AN ARC ABNORMALITY TO PREVENT FIRE OF PHOTOVOLTAIC SYSTEM}
본 발명은 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아크검출아날로그회로부에서 전류/아크센서로부터 감지된 전류 및 아크를 아날로그신호로 정합 및 증폭시키면 AD 변환부에서 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키고, FFT를 통해 AD 변환부의 디지털신호를 주파수영역에서 해석하여 신호전력분포를 파악하고, 나아가 불요대역제거부를 통해 FFT의 신호전력분포로부터 잡음대역을 제거, 유효대역전력계산부를 통해 신호전력분포에서 유효대역의 전력을 계산 그리고 아크대역전력계산부를 통해 전류/아크센서에서 아크 감지시 아크대역의 전력을 계산토록 한 후, 전력비교/경고발생부로 하여금 유효대역전력계산부의 유효대역의 전력 및 아크대역전력계산부의 아크대역의 전력을 비교하여 상호간의 차이가 임계치 이상일 경우 경고신호를 발생토록 하여 송전선로상의 아크 이상 유무에 대한 판별을 정확하게 실현케 할 수 있는 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치에 관한 것이다.
근래 들어 안전한 사회 구현에 국민적 관심이 증대됨에 따라 전기화재에 대한 국민적 관심도 증가되고 있고, 특히, 강화도 캠핑장 전기화재(`15.3월), 김포아파트 전기화재(15.4월) 등 잦은 전기화재로 인해 국민 불안감은 증폭되고 있다. 그리고, 최근 10년간 국내 총 화재의 연평균 건수는 42,000여 건이며, 전기화재가 9,000여 건이 발생하여 점유율이 20％까지 차지하고 있다.
전기화재에 있어서 가장 큰 원인은 아크로 인한 화재라 할 수 있고, 이러한 전기화재의 원인이 되는 아크를 검출하는 기술들이 현재 다양한 형태로 발명되고 있다.
도 8은 선행기술문헌(대한민국 공개특허 제2020-0127406호)의 실시예에 따른 태양광 전지 스트링 및 태양광 접속반을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 선행기술문헌의 실시예에 따른 아크 발생의 원인을 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 선행기술문헌의 실시예에 따른 태양광 접속반의 아크 검출 및 제거를 위한 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
선행기술문헌에 따른 화재 예방을 위한 태양광 접속반의 아크 검출 및 제거를 위한 장치는 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이 복수의 태양광 전지 스트링(10)의 배선에서 발생하는 아크를 감지하는 센서부(110)와, 복수의 태양광 전지 스트링(10)의 배선에 직렬로 연결되는 직렬아크처리부(120)와, 복수의 태양광 전지 스트링(10)의 배선에 병렬로 연결되는 병렬아크처리부(130)와, 센서부(110)를 통해 아크를 감지하면 직렬아크처리부(120)를 통해 직렬로 연결되는 배선을 차단하도록 제어하고 직렬로 연결되는 배선을 차단한 후 센서부(110)를 통해 여전히 아크가 감지되면 병렬아크처리기(130)를 통해 아크가 검출된 배선의 양단이 단락되도록 제어하는 제어부(150)를 포함한다.
도 11은 선행기술문헌의 실시예에 따른 태양광 접속반의 아크 검출 및 제거를 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
선행기술문헌에 따른 화재 예방을 위한 태양광 접속반의 아크 검출 및 제거를 위한 방법은 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이 복수의 태양광 전지 스트링(10)에 연결되는 배선에서 아크가 발생하는지 모니터링하는 단계(S110)와, 모니터링 결과 아크를 감지하면 복수의 태양광 전지 스트링(10)에 직렬로 연결되는 배선을 차단하는 단계(S130)와, 직렬로 연결되는 배선을 차단한 후 여전히 아크가 감지되는지 여부를 확인하는 단계(S150)와, 확인 결과 여전히 아크가 검출되면 복수의 태양광 전지 스트링(10)에 병렬로 연결되는 배선의 양단을 단락시키는 단계(S160)를 포함한다.
본원 출원인은 선행기술문헌에 따른 화재 예방을 위한 태양광 접속반의 아크 검출 및 제거를 위한 장치 및 이를 위한 방법을 더욱 진보 발전시켜 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치를 제안하고자 한다.
대한민국 공개특허 제2020-0127406호
본 발명의 목적은 아크검출아날로그회로부에서 전류/아크센서로부터 감지된 전류 및 아크를 아날로그신호로 정합 및 증폭시키면 AD 변환부에서 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키고, FFT를 통해 AD 변환부의 디지털신호를 주파수영역에서 해석하여 신호전력분포를 파악하고, 나아가 불요대역제거부를 통해 FFT의 신호전력분포로부터 잡음대역을 제거, 유효대역전력계산부를 통해 신호전력분포에서 유효대역의 전력을 계산 그리고 아크대역전력계산부를 통해 전류/아크센서에서 아크 감지시 아크대역의 전력을 계산토록 한 후, 전력비교/경고발생부로 하여금 유효대역전력계산부의 유효대역의 전력 및 아크대역전력계산부의 아크대역의 전력을 비교하여 상호간의 차이가 임계치 이상일 경우 경고신호를 발생토록 하여 송전선로상의 아크 이상 유무에 대한 판별을 정확하게 실현케 할 수 있는 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치는,
태양광(PV; Photovaltaic)모듈의 어레이를 통해 300∼1500V의 직류전기를 발생시키는 PV array에 연결된 전류/아크센서로부터 감지된 전류 및 아크를 아날로그신호로 정합 및 증폭시키는 아크검출아날로그회로부와,
상기 아크검출아날로그회로부에서 정합 및 증폭된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 AD 변환부와,
상기 AD 변환부의 디지털신호를 주파수영역에서 해석하여 신호전력분포를 파악하는 FFT(Fast Fourier Transform)와,
상기 FFT의 신호전력분포로부터 잡음대역을 제거하는 불요대역제거부와,
상기 불요대역제거부에서 잡음대역이 제거된 신호전력분포에서 유효대역의 전력을 계산하는 유효대역전력계산부와,
상기 전류/아크센서에서 아크 감지시 아크대역의 전력을 계산하는 아크대역전력계산부와,
상기 유효대역전력계산부의 유효대역의 전력 및 상기 아크대역전력계산부의 아크대역의 전력을 비교하여 상호간의 차이가 임계치 이상일 경우 경고신호를 발생하는 전력비교/경고발생부를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.
본 발명은 아크검출아날로그회로부에서 전류/아크센서로부터 감지된 전류 및 아크를 아날로그신호로 정합 및 증폭시키면 AD 변환부에서 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키고, FFT를 통해 AD 변환부의 디지털신호를 주파수영역에서 해석하여 신호전력분포를 파악하고, 나아가 불요대역제거부를 통해 FFT의 신호전력분포로부터 잡음대역을 제거, 유효대역전력계산부를 통해 신호전력분포에서 유효대역의 전력을 계산 그리고 아크대역전력계산부를 통해 전류/아크센서에서 아크 감지시 아크대역의 전력을 계산토록 한 후, 전력비교/경고발생부로 하여금 유효대역전력계산부의 유효대역의 전력 및 아크대역전력계산부의 아크대역의 전력을 비교하여 상호간의 차이가 임계치 이상일 경우 경고신호를 발생토록 하여 송전선로상의 아크 이상 유무에 대한 판별을 정확하게 실현케 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 FFT의 신호전력분포를 모니터하여 불요대역 및 아크대역을 선택하는 유효대역선택부를 더 포함하여 불요대역에 의한 오판독을 최대한 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 전류/아크센서에 의한 전류 및 아크에 대한 정합 및 증폭으로 아크 발생에 대한 판독의 정밀성을 보장케 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템에 적용된 스마트접속함을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치를 나타내는 블록도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템을 설명하기 위한 태양광 송전선로 잡음의 주파수 분석을 예시한 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치에 적용된 전류/아크센서를 설명하기 위한 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법을 설명하기 위한 아크 검출 초기화 과정을 나타내는 흐름도.
도 7a는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법을 나타내는 흐름도.
도 7b는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법을 나타내는 흐름도.
도 8은 선행기술문헌의 실시예에 따른 태양광 전지 스트링 및 태양광 접속반을 설명하기 위한 도면.
도 9는 선행기술문헌의 실시예에 따른 아크 발생의 원인을 설명하기 위한 도면.
도 10은 선행기술문헌의 실시예에 따른 태양광 접속반의 아크 검출 및 제거를 위한 장치를 설명하기 위한 블록도.
도 11은 선행기술문헌의 실시예에 따른 태양광 접속반의 아크 검출 및 제거를 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명하기로 하고, 그 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이러한 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 더욱 잘 이해할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템을 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 태양광(PV; Photovaltaic)모듈(31)의 어레이를 통해 300∼1500V의 직류전기를 발생시키는 PV array(30)와, 이 PV array(30)로부터 발생된 직류전기를 감시 및 보호하면서 환경센서(40)로부터 주변 환경상태를 수신하는 DC 감시부(51)를 지닌 스마트접속함(50)과, 스마트접속함(50)의 직류전기를 교류전기로 변환하는 인버터(60)와, 인버터(60)의 교류전기를 전력망으로 공급하는 분전반(70)과, 스마트접속함(50)을 통한 감시상태 및 환경상태를 유무선통신망을 통해 데이터서버(90)로 전송하는 시스템감시부(80)와, 시스템감시부(80)를 경유한 스마트접속함(50)의 감시상태를 분석하여 실시간 모니터링하는 데이터서버(90)를 포함한다.
PV array(30)에서 태양광모듈(31)의 어레이를 통해 300∼1500V의 직류전기를 발생시키면 DC 감시부(51)를 통해 PV array(30)의 직류전기를 감시 및 보호하면서 스마트접속함(50)에서 인버터(60)로 송전시키고, 인버터(60)에서 스마트접속함(50)의 직류전기를 교류전기로 변환한 후 분전반(70)을 통해 인버터(60)의 교류전기를 전력망으로 공급토록 한다.
이때, 시스템감시부(80)에서는 스마트접속함(50)을 통한 감시상태 및 환경상태를 유무선통신망을 통해 데이터서버(90)로 전송하고, 데이터서버(90)에서는 시스템감시부(80)를 경유한 스마트접속함(50)의 감시상태를 분석하여 실시간 모니터링할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템에 적용된 스마트접속함(50)을 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템에 적용된 스마트접속함(50)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 PV array(30)의 직류전기라인으로부터 전류 및 아크를 감지하여 DC 감시부(51)로 전송하는 전류/아크센서(52)와, 전류/아크센서(52)로부터 감지된 전류 및 아크를 감시 및 보호함과 동시에 환경센서(40)로부터 주변 환경상태를 수신하여 시스템감시부(80)에 전송하는 DC 감시부(51)와, PV array(30)의 직류전기라인에 과전류가 흐를 경우 차단되는 퓨즈(53)와, DC 감시부(51)에 의해 누전상태가 확인될 경우 회로를 차단시키는 차단기(54)와, 낙뢰 및 과전압이 감지될 경우 회로를 보호하는 SPD(Surge Protector Device; 55)를 포함한다.
전류/아크센서(52)에서 PV array(30)의 직류전기라인으로부터 전류 및 아크를 감지하여 DC 감시부(51)로 전송하면, DC 감시부(51)에서는 전류/아크센서(52)로부터 감지된 전류 및 아크를 감시 및 보호함과 동시에 환경센서(40)로부터 주변 환경상태를 수신하여 시스템감시부(80)에 전송하고, 이때 PV array(30)의 직류전기라인에 과전류가 흐를 경우 퓨즈(53)가 차단되고, 차단기(54)는 DC 감시부(51)에 의해 누전상태가 확인될 경우 회로를 차단시키며, SPD(55)는 낙뢰 및 과전압이 감지될 경우 회로를 보호할 수 있도록 한다.
이때, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치는 전류/아크센서(52)로부터 감지된 아크를 임계치와 비교하여 화재에 미칠 수 있는지 여부를 판별하여 표시하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치를 나타내는 블록도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템을 설명하기 위한 태양광 송전선로 잡음의 주파수 분석을 예시한 그래프이며, 도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치에 적용된 전류/아크센서(52)를 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 태양광모듈(31)의 어레이를 통해 300∼1500V의 직류전기를 발생시키는 PV array(30)에 연결된 전류/아크센서[52: 로고스키 코일(Rogowski Coil; 52a) - 토로이드(Toroid) 형태의 비접촉방식전류 센서. 아크와 같은 급격한 전류 변동을 감지]로부터 감지된 전류 및 아크를 아날로그신호로 정합 및 증폭시키는 아크검출아날로그회로부(56)와, 아크검출아날로그회로부(56)에서 정합 및 증폭된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 AD 변환부(57a)와, AD 변환부(57a)의 디지털신호를 주파수영역에서 해석하여 신호전력분포를 파악하는 FFT(Fast Fourier Transform; 57b)와, FFT(57b)의 신호전력분포로부터 잡음대역을 제거하는 불요대역제거부(57c)와, 불요대역제거부(57c)에서 잡음대역이 제거된 신호전력분포에서 유효대역의 전력을 계산하는 유효대역전력계산부(57d)와, 전류/아크센서(52)에서 아크 감지시 아크대역의 전력을 계산하는 아크대역전력계산부(57e)와, 유효대역전력계산부(57d)의 유효대역의 전력 및 아크대역전력계산부(57e)의 아크대역의 전력을 비교하여 상호간의 차이가 임계치 이상일 경우 경고신호를 발생하는 전력비교/경고발생부(57f)를 포함한다.
아크검출아날로그회로부(56)에서 전류/아크센서(52)로부터 감지된 전류 및 아크를 아날로그신호로 정합 및 증폭시키면 AD 변환부(57a)에서 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키고, 이어서 FFT(57b)는 AD 변환부(57a)의 디지털신호를 주파수영역에서 해석하여 신호전력분포를 파악하고, 나아가 불요대역제거부(57c)를 통해 FFT(57b)의 신호전력분포로부터 잡음대역을 제거, 유효대역전력계산부(57d)를 통해 신호전력분포에서 유효대역의 전력을 계산 그리고 아크대역전력계산부(57e)를 통해 전류/아크센서(52)에서 아크 감지시 아크대역의 전력을 계산토록 한 후, 전력비교/경고발생부(57f)로 하여금 유효대역전력계산부(57d)의 유효대역의 전력 및 아크대역전력계산부(57e)의 아크대역의 전력을 비교하여 상호간의 차이가 임계치 이상일 경우 경고신호를 발생토록 함으로써 송전선로상의 아크 이상 유무에 대한 판별을 정확하게 실현케 한 것이다.
이때, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치는 FFT(57b)의 신호전력분포를 모니터하여 불요대역 및 아크대역을 선택하는 유효대역선택부(57g)를 더 포함하여 불요대역에 의한 오판독을 최대한 줄일 수 있도록 한다.
한편, 아크검출아날로그회로부(56)는 전류/아크센서(52)로부터 감지된 전류 및 아크를 전압으로 변환하는 정합회로부(56a)와, 정합회로부(56a)의 전압을 증폭시켜 AD 변환부(57a)로 전송하는 신호증폭부(56b)로 이루어져, 전류/아크센서(52)에서 감지된 전류 및 아크에 대한 정합 및 증폭으로 아크 발생에 대한 판독의 정밀성을 보장케 한다.
도 6은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법을 설명하기 위한 아크 검출 초기화 과정을 나타내는 흐름도이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법은 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 아크 검출 초기화 과정을 수행하여 동작에 필요한 패러미터를 결정한다.
즉, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법은 아크검출아날로그회로부(56)에서 정합 및 증폭된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 AD 변환부(57a)의 양자화된 데이터를 FFT(57b) 처리하여 주파수영역의 스펙트럼(XFFT(57b)) 분석을 형성시켜 확인[운영자가 분석할 수 있도록 스펙트럼을 표시장치로 출력하거나 LCD에 그래픽이나 테이블로 표시 가능]하는 스텝(S10)과, FFT(57b) 처리된 주파수영역의 스펙트럼(XFFT(57b))으로부터 불요대역(ENDEL), 아크대역(ENARC) 및 정상임계치(NTH)를 선택하면서 유효대역전력(Pt) 및 아크대역전력(Pa)을 계산하는 스텝(S20)과, 아크대역전력(Pa)으로부터 유효대역전력(Pt)을 차감한 값이 정상임계치(NTH)보다 작을 경우[|Pa-Pt| < NTH일 경우] 정상상태라 가정하되 이에 합치되지 않을 경우 반복하여 태양광 발전 시스템 환경에 적합한 패러미터를 결정하는 스텝(S30)과, 아크대역전력(Pa)으로부터 유효대역전력(Pt)을 차감한 값이 정상임계치(NTH)보다 클 경우[|Pa-Pt| > NTH일 경우] 잡음전력이 존재하여 계산에서 제외시켜야 하는 대역(ENDEL), 아크가 발생할 경우 신호가 강하게 나타나는 대역(ENARC), 유효대역전력(Pt)과 아크대역전력(Pa)의 전력이 같다고 판단할 수 있는 정상임계치(NTH)를 결정하여 저장하는 스텝(S40)을 포함하여 아크 검출 초기화 과정을 수행토록 함으로써 동작에 필요한 패러미터를 결정한다.
아크검출아날로그회로부(56)에서 정합 및 증폭된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 AD 변환부(57a)의 양자화된 데이터를 FFT(57b) 처리하여 주파수영역의 스펙트럼(XFFT(57b)) 분석을 형성시켜 확인한 후 FFT(57b) 처리된 주파수영역의 스펙트럼(XFFT(57b))으로부터 불요대역(ENDEL), 아크대역(ENARC) 및 정상임계치(NTH)를 선택하면서 유효대역전력(Pt) 및 아크대역전력(Pa)을 계산하고, 이러한 아크대역전력(Pa)으로부터 유효대역전력(Pt)을 차감한 값이 정상임계치(NTH)보다 작을 경우[|Pa-Pt| < NTH일 경우] 정상상태라 가정하되 이에 합치되지 않을 경우 반복하여 태양광 발전 시스템 환경에 적합한 패러미터를 결정하여 아크 발생 유무에 대한 정확한 판독을 가능케 하고, 나아가 아크대역전력(Pa)으로부터 유효대역전력(Pt)을 차감한 값이 정상임계치(NTH)보다 클 경우[|Pa-Pt| > NTH일 경우] 잡음전력이 존재하여 계산에서 제외시켜야 하는 대역(ENDEL), 아크가 발생할 경우 신호가 강하게 나타나는 대역(ENARC), 유효대역전력(Pt)과 아크대역전력(Pa)의 전력이 같다고 판단할 수 있는 정상임계치(NTH)를 결정 및 저장하여 아크 이상 유무에 대한 판별의 정확도를 보장할 수 있도록 한다.
이때, 아크 검출 초기화 과정에서 결정된 패러미터에 근거하여 데이터를 처리하고 이를 바탕으로 아크 경보를 발생시키는 스텝(S50)을 더 포함하여 아크 경보시 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있도록 한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법은 초기화 과정에서 결정된 패러미터에 근거하여 데이터를 처리하고 이를 바탕으로 아크 경보를 발생시킨다.
이때, 아크임계치(ATH)는 정상임계치를 기준으로 경험적으로 결정된다. 오프셋을 더하거나 비율계산에 의해 결정될 수 있으며 시스템 상황에 따라 선택할 수 있고, 초기화 과정에서 결정된 패러미터에 근거하여 아크대역전력(Pa)과 유효대역전력(Pt)을 계산하고 비교한 후 아크대역전력(Pa)이 유효대역전력(Pt) 또는 정상상태 아크대역전력(Ps)보다 아크임계치(ATH or ATH2)이상으로 클 경우 아크발생으로 판단하여 정확도를 보장한다.
도 7a는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법으로서 아크 검출 초기화 과정에서 결정된 패러미터에 근거하여 데이터를 처리하고 이를 바탕으로 아크 경보를 발생시키는 스텝(S50)을 더욱 구체화하면 도 1 내지 도 6 및 도 7a에 도시된 바와 같이 초기화 과정에서 결정된 패러미터에 근거하여 데이터를 처리하고 이를 바탕으로 아크 경보를 발생시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법에 따라 아크 검출 초기화 과정에서 결정된 패러미터에 근거하여 데이터를 처리하고 이를 바탕으로 아크 경보를 발생시키는 스텝(S50)은 도 1 내지 도 7a에 도시된 바와 같이 아크 검출 초기화 과정의 패러미터(ENDEL, ENARC, NTH)를 소환하면서 아크임계치(ATH)를 결정하는 스텝(S51)[이때, 아크임계치(ATH)는 정상임계치를 기준으로 경험적으로 결정된다. 오프셋을 더하거나 비율계산에 의해 결정될 수 있으며 시스템 상황에 따라 운영자가 선택할 수 있다]과, 패러미터(ENDEL, ENARC, NTH)에 근거하여 아크대역전력(Pa) 및 유효대역전력(Pt)을 계산하는 스텝(S52)과, 아크대역전력(Pa)이 유효대역전력(Pt) 및 아크임계치(ATH)의 합보다 클 경우 아크발생으로 판단하고 아크대역전력(Pa)이 유효대역전력(Pt) 및 아크임계치(ATH)의 합보다 작을 경우 반복하여 비교하는 스텝(S53)과, 아크대역전력(Pa)이 유효대역전력(Pt) 및 아크임계치(ATH)의 합보다 클 경우 아크 경보를 발생하는 스텝(S54)을 포함한다.
아크 검출 초기화 과정의 패러미터(ENDEL, ENARC, NTH)를 소환하면서 아크임계치(ATH)를 결정하고, 이 패러미터(ENDEL, ENARC, NTH)에 근거하여 아크대역전력(Pa) 및 유효대역전력(Pt)을 계산한 후 아크대역전력(Pa)이 유효대역전력(Pt) 및 아크임계치(ATH)의 합보다 클 경우 아크발생으로 판단하고 아크대역전력(Pa)이 유효대역전력(Pt)및 아크임계치(ATH)의 합보다 작을 경우 반복하여 비교하고, 아크대역전력(Pa)이 유효대역전력(Pt) 및 아크임계치(ATH)의 합보다 클 경우 아크 경보를 발생토록 하여 태양광 발전 시스템의 송전선로에서 발생되는 아크에 대한 이상 유무를 더욱 정확하게 판별할 수 있게 된다.
이때, 상기 S53 스텝 이후 아크대역전력(Pa)이 유효대역전력(Pt) 및 아크임계치(ATH)의 합보다 클 경우가 정해진 수(M) 이상이면 아크 경보를 발생하는 스텝(S53+1)을 더 포함하여 아크에 대한 오판독을 극소화시킬 수 있도록 한다.
도 7b는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법에 따라 아크 검출 초기화 과정에서 결정된 패러미터에 근거하여 데이터를 처리하고 이를 바탕으로 아크 경보를 발생시키는 스텝(S60)은 도 1 내지 도 6 및 도 7b에 도시된 바와 같이 아크 검출 초기화 과정의 패러미터(ENDEL, ENARC, Ps)를 소환하면서 아크임계치(ATH2)를 결정하는 스텝(S61)[이때, Ps는 초기화 과정에서 계산된 정상상태의 아크대역전력(Pa)을 지칭하고, 아크임계치(ATH2)는 정상임계치를 기준으로 경험적으로 결정된다. 오프셋을 더하거나 비율계산에 의해 결정될 수 있으며 시스템 상황에 따라 운영자가 선택할 수 있다]과, 패러미터(ENDEL, ENARC, Ps)에 근거하여 아크대역전력(Pa)을 계산하는 스텝(S62)과, 상기 아크대역전력(Pa)이 정상상태 아크대역전력(Ps) 및 아크임계치(ATH2)의 합보다 클 경우 아크발생으로 판단하고 상기 아크대역전력(Pa)이 정상상태 아크대역전력(Ps) 및 아크임계치(ATH2)의 합보다 작을 경우 반복하여 비교하는 스텝(S63)과, 아크대역전력(Pa)이 정상상태 아크대역전력(Ps) 및 아크임계치(ATH2)의 합보다 클 경우 아크 경보를 발생하는 스텝(S64)을 포함한다.
아크 검출 초기화 과정의 패러미터(ENDEL, ENARC, Ps)를 소환하면서 아크임계치(ATH2)를 결정하고, 이 패러미터(ENDEL, ENARC, Ps)에 근거하여 아크대역전력(Pa)을 계산한 후 아크대역전력(Pa)이 정상상태 아크대역전력(Ps) 및 아크임계치(ATH2)의 합보다 클 경우 아크발생으로 판단하고 아크대역전력(Pa)이 정상상태 아크대역전력(Ps) 및 아크임계치(ATH2)의 합보다 작을 경우 반복하여 비교하고, 아크대역전력(Pa)이 정상상태 아크대역전력(Ps) 및 아크임계치(ATH2)의 합보다 클 경우 아크 경보를 발생토록 하여 태양광 발전 시스템의 송전선로에서 발생되는 아크에 대한 이상 유무를 더욱 정확하게 판별할 수 있게 된다.
이때, 상기 S63 스텝 이후 아크대역전력(Pa)이 정상상태 아크대역전력(Ps) 및 아크임계치(ATH2)의 합보다 클 경우가 정해진 수(M) 이상이면 아크 경보를 발생하는 스텝(S63+1)을 더 포함하여 아크에 대한 오판독을 극소화시킬 수 있도록 한다.
본 발명은 태양광 발전 시스템의 송전선로 관련 산업 분야에 이용 가능하다.
30 : PV array 31 : 태양광모듈
40 : 환경센서 50 : 스마트접속함
51 : DC 감시부 52 : 전류/아크센서
52a : 로고스키 코일 53 : 퓨즈
54 : 차단기 55 : SPD
56 : 아크검출아날로그회로부 56a : 정합회로부
56b : 신호증폭부 57a : AD 변환부
57b : FFT 57c : 불요대역제거부
57d : 유효대역전력계산부 57e : 아크대역전력계산부
57f : 전력비교/경고발생부 57g : 유효대역선택부
60 : 인버터 70 : 분전반
80 : 시스템감시부 90 : 데이터서버

Claims (4)

  1. 태양광(PV; Photovaltaic)모듈(31)의 어레이를 통해 300∼1500V의 직류전기를 발생시키는 PV array(30)에 연결된 전류/아크센서(52)로부터 감지된 전류 및 아크를 아날로그신호로 정합 및 증폭시키는 아크검출아날로그회로부(56)와,
    상기 아크검출아날로그회로부(56)에서 정합 및 증폭된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 AD 변환부(57a)와,
    상기 AD 변환부(57a)의 디지털신호를 주파수영역에서 해석하여 신호전력분포를 파악하는 FFT(Fast Fourier Transform; 57b)와,
    상기 FFT(57b)의 신호전력분포로부터 잡음대역을 제거하는 불요대역제거부(57c)와,
    상기 불요대역제거부(57c)에서 잡음대역이 제거된 신호전력분포에서 유효대역의 전력을 계산하는 유효대역전력계산부(57d)와,
    상기 전류/아크센서(52)에서 아크 감지시 아크대역의 전력을 계산하는 아크대역전력계산부(57e)와,
    상기 유효대역전력계산부(57d)의 유효대역의 전력 및 상기 아크대역전력계산부(57e)의 아크대역의 전력을 비교하여 상호간의 차이가 임계치 이상일 경우 경고신호를 발생하는 전력비교/경고발생부(57f)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 FFT(57b)의 신호전력분포를 모니터하여 불요대역 및 아크대역을 선택하는 유효대역선택부(57g)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류/아크센서(52)는 로고스키 코일(Rogowski Coil; 52a)인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아크검출아날로그회로부(56)는 상기 전류/아크센서(52)로부터 감지된 전류 및 아크를 전압으로 변환하는 정합회로부(56a)와, 상기 정합회로부(56a)의 전압을 증폭시켜 상기 AD 변환부(57a)로 전송하는 신호증폭부(56b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 장치.
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