KR20220167041A - Method for determining whether or not an arc abnormality to prevent fire of photovoltaic system - Google Patents

Method for determining whether or not an arc abnormality to prevent fire of photovoltaic system Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a method for determining the presence or absence of an arc abnormality to prevent fire in a solar power generation system. The method for determining the presence or absence of an arc abnormality, according to the present invention, comprises the steps of: performing FFT processing on quantized data to form and identify a spectrum in a frequency domain (S10); calculating effective band power (Pt) and arc band power (Pa) (S20); when a value obtained by subtracting the effective band power (Pt) from the arc band power (Pa) is less than a normal threshold (NTH), assuming the state to be in a normal state, and when there is no match, repeating this to determine parameters suitable for a solar power generation system environment (S30); and when the value obtained by subtracting the effective band power (Pt) from the arc band power (Pa) is greater than the normal threshold (NTH), determining and storing a band (ENDEL) which must be excluded from calculations due to the presence of noise power, a band (ENARC) where a signal appears strong when an arc occurs, and the normal threshold (NTH) (S40). Therefore, the present invention can ensure the accuracy of determining the presence or absence of an arc abnormality.

Description

태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법{METHOD FOR DETERMINING WHETHER OR NOT AN ARC ABNORMALITY TO PREVENT FIRE OF PHOTOVOLTAIC SYSTEM}Arc Abnormality Determination Method for Fire Prevention of Photovoltaic Power Generation System

본 발명은 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아크검출아날로그회로부에서 정합 및 증폭된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 AD 변환부의 양자화된 데이터를 FFT 처리하여 주파수영역의 스펙트럼(XFFT) 분석을 형성시켜 확인한 후 FFT 처리된 주파수영역의 스펙트럼(XFFT)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 한 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention in a photovoltaic power generation system, and more particularly, to FFT quantized data of an AD conversion unit that converts an analog signal matched and amplified in an arc detection analog circuit unit into a digital signal. After processing and confirming by forming a spectrum (X FFT ) analysis of the frequency domain, select the unnecessary band (EN DEL ), arc band (EN ARC ) and normal threshold (N TH ) from the spectrum (X FFT ) of the FFT-processed frequency domain Calculate the active band power (Pt) and the arc band power (Pa) while doing so, and if the value obtained by subtracting the active band power (Pt) from the arc band power (Pa) is smaller than the normal threshold (N TH ) [|Pa- Pt| < In case of N TH ] Assume a normal state, but if it does not match, it is repeated to determine parameters suitable for the solar power generation system environment to enable accurate reading of whether or not arc occurs, and furthermore, effective band from arc band power (Pa) If the value obtained by subtracting the power (Pt) is greater than the normal threshold (N TH ) [|Pa-Pt| > N TH ] Band to be excluded from calculation due to presence of noise power (EN DEL ), band with strong signal when arc occurs (EN ARC ), active band power (Pt) and arc band power (Pa) It relates to a method for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system by determining and storing a normal threshold value (N TH ) at which the power can be determined to be equal to ensure the accuracy of determination of the presence or absence of an arc abnormality.

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.In recent years, as public interest in realizing a safe society has increased, public interest in electrical fires has also increased. Anxiety is amplifying. In addition, the annual average number of domestic fires in the last 10 years is 42,000, and electrical fires account for up to 20% of 9,000 cases.

전기화재에 있어서 가장 큰 원인은 아크로 인한 화재라 할 수 있고, 이러한 전기화재의 원인이 되는 아크를 검출하는 기술들이 현재 다양한 형태로 발명되고 있다.The biggest cause of electrical fires can be said to be fires caused by arcs, and technologies for detecting arcs that cause electrical fires are currently being invented in various forms.

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.8 is a view for explaining a photovoltaic cell string and a photovoltaic connection board according to an embodiment of the prior art document (Korean Patent Publication No. 2020-0127406), and FIG. 9 is an arc generation according to an embodiment of the prior art document 10 is a block diagram for explaining a device for detecting and removing an arc of a photovoltaic junction panel according to an embodiment of a prior art document.

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.A device for detecting and removing an arc of a solar junction panel for fire prevention according to prior art documents is a sensor for detecting an arc generated from wiring of a plurality of solar cell strings 10 as shown in FIGS. 8 to 10 Unit 110, a serial arc processing unit 120 connected in series to the wiring of the plurality of photovoltaic cell strings 10, and a parallel arc processing unit connected in parallel to the wiring of the plurality of photovoltaic cell strings 10 ( 130) and when an arc is detected through the sensor unit 110, the serial arc processing unit 120 controls to block the wires connected in series, and after blocking the wires connected in series, the sensor unit 110 still When an arc is detected, a control unit 150 controls the parallel arc processor 130 to short circuit both ends of the wire where the arc is detected.

도 11은 선행기술문헌의 실시예에 따른 태양광 접속반의 아크 검출 및 제거를 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.11 is a flowchart for explaining a method for detecting and removing an arc of a photovoltaic junction panel according to an embodiment of a prior art document.

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.A method for detecting and removing an arc of a solar junction panel for fire prevention according to prior art literature is monitoring whether an arc occurs in a wiring connected to a plurality of photovoltaic cell strings 10 as shown in FIGS. 8 to 11 Step (S110), blocking the wiring connected in series to the plurality of photovoltaic cell strings 10 when arcs are detected as a result of monitoring (S130), cutting off the wiring connected in series, and still detecting arcs (S150) and, if the arc is still detected as a result of the check (S150), short-circuiting both ends of wires connected in parallel to the plurality of photovoltaic cell strings (10) (S160).

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 방법을 제안하고자 한다.The applicant of the present application has further developed a device for detecting and removing an arc of a solar junction panel for fire prevention according to prior art literature and a method for detecting an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to the present invention. would like to propose

대한민국 공개특허 제2020-0127406호Republic of Korea Patent Publication No. 2020-0127406

본 발명의 목적은 아크검출아날로그회로부에서 정합 및 증폭된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 AD 변환부의 양자화된 데이터를 FFT 처리하여 주파수영역의 스펙트럼(XFFT) 분석을 형성시켜 확인한 후 FFT 처리된 주파수영역의 스펙트럼(XFFT)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 한 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법을 제공함에 있다.An object of the present invention is to FFT the quantized data of the AD conversion unit that converts the matched and amplified analog signal into a digital signal in the arc detection analog circuit unit, form a spectrum (X FFT ) analysis in the frequency domain, and then confirm the FFT processed frequency Active band power (Pt) and arc band power (Pa) are calculated while selecting the unwanted band (EN DEL ), arc band (EN ARC ) and normal threshold (N TH ) from the spectrum (X FFT ) of the region, and these arc bands If the value obtained by subtracting the effective bandwidth power (Pt) from the bandwidth power (Pa) is smaller than the normal threshold value (N TH ) [|Pa-Pt| < In case of N TH ] Assume a normal state, but if it does not match, it is repeated to determine parameters suitable for the solar power generation system environment to enable accurate reading of whether or not arc occurs, and furthermore, effective band from arc band power (Pa) If the value obtained by subtracting the power (Pt) is greater than the normal threshold (N TH ) [|Pa-Pt| > N TH ] Band to be excluded from calculation due to presence of noise power (EN DEL ), band with strong signal when arc occurs (EN ARC ), active band power (Pt) and arc band power (Pa) It is to provide a method for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system that can determine and store a normal threshold value (N TH ) that can determine that the power is equal to ensure the accuracy of determination of the presence or absence of an arc abnormality. .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법은,In order to achieve the above object, a method for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to the present invention,

아크검출아날로그회로부(56)에서 정합 및 증폭된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 AD 변환부(57a)의 양자화된 데이터를 FFT(57b) 처리하여 주파수영역의 스펙트럼(XFFT(57b))을 형성시켜 확인하는 스텝과,The FFT 57b processes the quantized data of the AD conversion unit 57a, which converts the analog signal matched and amplified by the arc detection analog circuit unit 56 into a digital signal, to form a spectrum (X FFT 57b) in the frequency domain. Steps to check by doing,

상기 FFT(57b) 처리된 주파수영역의 스펙트럼(XFFT(57b))으로부터 불요대역(ENDEL), 아크대역(ENARC) 및 정상임계치(NTH)를 선택하면서 유효대역전력(Pt) 및 아크대역전력(Pa)을 계산하는 스텝과,While selecting an unwanted band (EN DEL ), an arc band (EN ARC ), and a normal threshold (N TH ) from the spectrum (X FFT (57b) ) of the frequency domain processed by the FFT (57b), the effective bandwidth power (Pt) and the arc A step of calculating band power (Pa);

상기 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 스텝과,When the value obtained by subtracting the active band power (Pt) from the arc band power (Pa) is smaller than the normal threshold value (N TH ) [|Pa-Pt| <If N TH ] Assume a normal state, but if it does not agree with this step, repeatedly determining parameters suitable for the photovoltaic system environment;

상기 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 스텝을 포함하여 아크 검출 초기화 과정을 수행하여 동작에 필요한 패러미터를 결정하는 것을 그 기술적 방법상의 기본 특징으로 한다.When the value obtained by subtracting the active band power (Pt) from the arc band power (Pa) is greater than the normal threshold value (N TH ) [|Pa-Pt| > N TH ] Band to be excluded from calculation due to presence of noise power (EN DEL ), band with strong signal when arc occurs (EN ARC ), active band power (Pt) and arc band power (Pa) The basic feature of the technical method is to perform an arc detection initialization process, including determining and storing a normal threshold value (N TH ) at which power can be determined to be equal, to determine parameters required for operation.

본 발명은 아크검출아날로그회로부에서 정합 및 증폭된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 AD 변환부의 양자화된 데이터를 FFT 처리하여 주파수영역의 스펙트럼(XFFT) 분석을 형성시켜 확인한 후 FFT 처리된 주파수영역의 스펙트럼(XFFT)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 있는 효과가 있다.The present invention performs FFT processing on the quantized data of the AD conversion unit that converts the analog signal matched and amplified by the arc detection analog circuit unit into a digital signal, forms a spectrum (X FFT ) analysis in the frequency domain, and then confirms the FFT-processed frequency domain Calculate active band power (Pt) and arc band power (Pa) while selecting unwanted band (EN DEL ), arc band (EN ARC ) and normal threshold (N TH ) from spectrum (X FFT ), and these arc band power If the value obtained by subtracting the effective band power (Pt) from (Pa) is smaller than the normal threshold (N TH ) [|Pa-Pt| < In case of N TH ] Assume a normal state, but if it does not match, it is repeated to determine parameters suitable for the solar power generation system environment to enable accurate reading of whether or not arc occurs, and furthermore, effective band from arc band power (Pa) If the value obtained by subtracting the power (Pt) is greater than the normal threshold (N TH ) [|Pa-Pt| > N TH ] Band to be excluded from calculation due to presence of noise power (EN DEL ), band with strong signal when arc occurs (EN ARC ), active band power (Pt) and arc band power (Pa) By determining and storing a normal threshold value (N TH ) that can be determined to have the same power, there is an effect of ensuring the accuracy of determining the presence or absence of an arc abnormality.

본 발명은 아크 검출 초기화 과정에서 결정된 패러미터에 근거하여 데이터를 처리하고 이를 바탕으로 아크 경보를 발생시켜 아크 경보시 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention processes data based on the parameters determined in the arc detection initialization process and generates an arc alarm based on the processed data, so that the accuracy of the arc alarm can be further improved.

본 발명은 아크 검출 초기화 과정의 패러미터(ENDEL, ENARC, NTH)를 소환하면서 아크임계치(ATH)를 결정하고, 이 패러미터(ENDEL, ENARC, NTH)에 근거하여 아크대역전력(Pa) 및 유효대역 전력(Pt)을 계산한 후 아크대역전력(Pa)이 유효대역 전력(Pt) 및 아크임계치(ATH)의 합보다 클 경우 아크발생으로 판단하고 아크대역전력(Pa)이 유효대역 전력(Pt) 및 아크임계치(ATH)의 합보다 작을 경우 반복하여 비교하고, 아크대역전력(Pa)이 유효대역 전력(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 있는 효과가 있다.The present invention determines the arc threshold value (A TH ) while recalling the parameters (EN DEL , EN ARC , N TH ) of the arc detection initialization process, and based on these parameters (EN DEL , EN ARC , N TH ), the arc bandwidth power After calculating (Pa) and active band power (Pt), if the arc band power (Pa) is greater than the sum of the active band power (Pt) and the arc threshold value (A TH ), it is judged as arc generation and the arc band power (Pa) If it is less than the sum of the active band power (Pt) and the arc threshold (A TH ), the comparison is repeated, and if the arc band power (Pa) is greater than the sum of the active band power (Pt) and the arc threshold (A TH ), the arc By generating an alarm, there is an effect of more accurately determining the presence or absence of an abnormality with respect to the arc generated in the transmission line of the photovoltaic power generation system.

본 발명은 아크대역전력(Pa)이 유효대역 전력(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 있는 효과가 있다.The present invention further includes a step (S53+1) of generating an arc alarm when the arc band power (Pa) is greater than the sum of the effective band power (Pt) and the arc threshold (A TH ) is more than a predetermined number (M) Thus, there is an effect of minimizing misreading of the arc.

본 발명은 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 있는 효과가 있다.The present invention determines the arc threshold value (A TH2 ) while recalling the parameters (EN DEL , EN ARC , Ps) of the arc detection initialization process, and based on these parameters (EN DEL , EN ARC , Ps), the arc bandwidth power (Pa ), and if the arc band power (Pa) is greater than the sum of the steady state arc band power (Ps) and the arc threshold (A TH2 ), it is judged as an arc occurrence and the arc band power (Pa) is the steady state arc band power ( Ps) and the arc threshold (A TH2 ), the comparison is repeated, and if the arc band power (Pa) is greater than the sum of the normal state arc band power (Ps) and the arc threshold (A TH2 ), an arc alarm is generated. This has the effect of more accurately determining the presence or absence of an abnormality in the arc generated in the transmission line of the photovoltaic power generation system.

본 발명은 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 있는 효과가 있다.In the present invention, if the arc band power (Pa) is greater than the sum of the steady-state arc band power (Ps) and the arc threshold (A TH2 ) is more than a predetermined number (M), the step (S63+1) of generating an arc alarm There is an effect of minimizing misreading of the arc by further including it.

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.1 is a block diagram showing a photovoltaic power generation system according to the present invention;
2 is a block diagram showing a smart junction box applied to a photovoltaic system according to the present invention.
3 is a block diagram showing an arc abnormality detection device for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to the present invention;
4A and 4B are graphs illustrating frequency analysis of noise on a photovoltaic transmission line for explaining a photovoltaic power generation system according to the present invention.
5 is a conceptual diagram illustrating a current/arc sensor applied to an arc abnormality detection device for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to the present invention.
6 is a flowchart illustrating an arc detection initialization process for explaining a method for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to the present invention.
7A is a flowchart illustrating a method for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to a first embodiment of the present invention.
7B is a flowchart illustrating a method for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to a second embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining a photovoltaic cell string and a photovoltaic connection board according to an embodiment of the prior art document.
9 is a view for explaining the cause of arc generation according to an embodiment of the prior art document.
10 is a block diagram for explaining a device for arc detection and removal of a solar connection board according to an embodiment of the prior art document.
11 is a flowchart illustrating a method for detecting and removing an arc of a solar panel according to an embodiment of a prior art document.

본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법의 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.A preferred embodiment of a method for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to the present invention will be described with reference to the drawings, and a plurality of examples may exist, and through these embodiments, the present invention better understand its purpose, features and benefits.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing a photovoltaic power generation system according to the present invention.

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.As shown in FIG. 1, the photovoltaic power generation system according to the present invention includes a PV array 30 generating DC electricity of 300 to 1500V through an array of photovoltaic (PV) modules 31, and the PV array A smart junction box 50 having a DC monitoring unit 51 that receives the surrounding environmental conditions from the environment sensor 40 while monitoring and protecting the DC electricity generated from (30), and the DC electricity of the smart junction box 50 The inverter 60 that converts AC electricity into AC electricity, the power distribution board 70 that supplies AC electricity from the inverter 60 to the power grid, and the monitoring status and environmental status through the smart junction box 50 are monitored through a data server through a wired/wireless communication network. It includes a system monitoring unit 80 that transmits data to (90) and a data server 90 that analyzes the monitoring status of the smart junction box 50 via the system monitoring unit 80 and monitors it in real time.

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.When DC electricity of 300 ~ 1500V is generated through the array of solar modules 31 in the PV array 30, the DC electricity of the PV array 30 is monitored and protected through the DC monitoring unit 51, and the smart connection is made ( 50) transmits power to the inverter 60, converts the DC electricity of the smart junction box 50 into AC electricity in the inverter 60, and supplies the AC electricity of the inverter 60 to the power grid through the distribution panel 70 do.

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.At this time, the system monitoring unit 80 transmits the monitoring status and environmental status through the smart junction box 50 to the data server 90 through a wired or wireless communication network, and the data server 90 via the system monitoring unit 80. The monitoring state of one smart junction box 50 is analyzed to enable real-time monitoring.

도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템에 적용된 스마트접속함(50)을 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram showing a smart junction box 50 applied to a photovoltaic system according to the present invention.

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.As shown in FIGS. 1 and 2 , the smart junction box 50 applied to the photovoltaic power generation system according to the present invention detects current and arc from the DC electric line of the PV array 30 and sends it to the DC monitoring unit 51. It monitors and protects the current/arc sensor 52 that transmits and the current and arc detected by the current/arc sensor 52, and at the same time receives the surrounding environment state from the environment sensor 40 to the system monitoring unit 80. The DC monitoring unit 51 that transmits, the fuse 53 that is cut off when overcurrent flows in the direct current electric line of the PV array 30, and the DC monitoring unit 51 cuts off the circuit when the leakage state is confirmed. It includes a circuit breaker 54 and a surge protector device (SPD) 55 that protects the circuit when lightning and overvoltage are detected.

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.When the current/arc sensor 52 detects the current and arc from the DC electric line of the PV array 30 and transmits them to the DC monitoring unit 51, the DC monitoring unit 51 detects them from the current/arc sensor 52. At the same time as monitoring and protecting the current and arc, the environment sensor 40 receives the surrounding environment state and transmits it to the system monitoring unit 80, and at this time, when overcurrent flows in the DC electric line of the PV array 30, the fuse ( 53) is blocked, the circuit breaker 54 blocks the circuit when the leakage state is confirmed by the DC monitoring unit 51, and the SPD 55 protects the circuit when lightning and overvoltage are detected.

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.At this time, the arc abnormality detection device for fire prevention of the photovoltaic power generation system according to the present invention compares the arc detected from the current/arc sensor 52 with a threshold value to determine whether or not it can cause a fire and display the result.

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.3 is a block diagram showing an arc abnormality detection device for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to the present invention, and FIGS. 4a and 4b are solar power transmission line noise for explaining the photovoltaic power generation system according to the present invention. It is a graph illustrating frequency analysis of , and FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a current/arc sensor 52 applied to an arc abnormality detection device for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to the present invention.

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.As shown in FIGS. 1 to 5, the device for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to the present invention generates a PV array of 300 to 1500V DC electricity through an array of photovoltaic modules 31. Current/arc sensor connected to (30) [52: Rogowski Coil; 52a) - Toroid type non-contact type current sensor. An arc detection analog circuit unit 56 that matches and amplifies the detected current and arc into an analog signal, and the analog signal matched and amplified by the arc detection analog circuit unit 56 into a digital signal. From the AD converter 57a that converts, the FFT (Fast Fourier Transform; 57b) that analyzes the digital signal of the AD converter 57a in the frequency domain and grasps the signal power distribution, and the signal power distribution of the FFT 57b An unnecessary band removal unit 57c that removes noise bands, an effective band power calculator 57d that calculates power in an effective band from the signal power distribution from which noise bands have been removed by the unnecessary band removal unit 57c, and When the arc sensor 52 detects an arc, the arc band power calculator 57e calculates the power of the arc band, and the active band power of the effective band power calculator 57d and the arc of the arc band power calculator 57e A power comparison/warning generating unit 57f that compares the powers of the bands and generates a warning signal when the difference between them is greater than a threshold value is included.

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.When the arc detection analog circuit unit 56 matches and amplifies the current and arc detected by the current/arc sensor 52 into an analog signal, the AD conversion unit 57a converts the analog signal into a digital signal, and then the FFT 57b analyzes the digital signal of the AD conversion unit 57a in the frequency domain to determine the signal power distribution, and further removes the noise band from the signal power distribution of the FFT 57b through the unnecessary band removal unit 57c to obtain the effective band power After calculating the power of the effective band from the signal power distribution through the calculator 57d and calculating the power of the arc band when the current/arc sensor 52 detects an arc through the arc band power calculator 57e, the power The comparison/warning generator 57f compares the active band power of the active band power calculator 57d and the arc band power of the arc band power calculator 57e, and generates a warning signal when the difference between them is greater than a threshold value. By enabling this to occur, it is possible to accurately determine the presence or absence of an arc abnormality on the transmission line.

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.At this time, the apparatus for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to the present invention further includes an effective band selector 57g for selecting an unnecessary band and an arc band by monitoring the signal power distribution of the FFT 57b. Thus, misreading due to unnecessary bands can be reduced as much as possible.

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.Meanwhile, the arc detection analog circuit unit 56 includes a matching circuit unit 56a that converts the current and arc detected by the current/arc sensor 52 into voltage, and an AD conversion unit 57a by amplifying the voltage of the matching circuit unit 56a. ) and a signal amplifying unit 56b that transmits to the current/arc sensor 52, matching and amplifying the current and arc sensed by the current/arc sensor 52 to ensure accuracy of reading about arc generation.

도 6은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법을 설명하기 위한 아크 검출 초기화 과정을 나타내는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating an arc detection initialization process for explaining a method for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to the present invention.

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.A method for determining whether or not there is an arc abnormality for fire prevention in a photovoltaic power generation system according to the present invention determines parameters required for operation by performing an arc detection initialization process as shown in FIGS. 1 to 6 .

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.That is, the method for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to the present invention is the quantization of the AD conversion unit 57a for converting the analog signal matched and amplified in the arc detection analog circuit unit 56 into a digital signal. FFT (57b) processing of the data to form a spectrum (X FFT (57b) ) analysis in the frequency domain and confirmation [the spectrum can be output to a display device for operator analysis or displayed as a graphic or table on an LCD] Step ( S10) and active band power (Pt) while selecting unnecessary band (EN DEL ), arc band (EN ARC ) and normal threshold (N TH ) from the frequency domain spectrum (X FFT (57b) ) processed by FFT (57b) ) and the step (S20) of calculating the arc band power (Pa), and when the value obtained by subtracting the active band power (Pt) from the arc band power (Pa) is smaller than the normal threshold value (N TH ) [|Pa-Pt| < In case of N TH ] Assume a normal state, but if it does not match, the step of repeatedly determining parameters suitable for the photovoltaic system environment (S30), and subtracting the active band power (Pt) from the arc band power (Pa) If one value is greater than the normal threshold (N TH ) [|Pa-Pt| > N TH ] Band to be excluded from calculation due to presence of noise power (EN DEL ), band with strong signal when arc occurs (EN ARC ), active band power (Pt) and arc band power (Pa) Parameters required for operation are determined by performing an arc detection initialization process including a step ( S40 ) of determining and storing a normal threshold value (N TH ) at which it can be determined that the power is the same.

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.FFT (57b) processes the quantized data of the AD conversion unit (57a), which converts the analog signal matched and amplified by the arc detection analog circuit unit (56) into a digital signal, and analyzes the spectrum (X FFT (57b) ) in the frequency domain. After forming and confirming , the effective band power ( Pt ) and arc band power (Pa), and if the value obtained by subtracting the active band power (Pt) from the arc band power (Pa) is smaller than the normal threshold (N TH ), [|Pa-Pt| < In case of N TH ] Assume a normal state, but if it does not match, it is repeated to determine parameters suitable for the solar power generation system environment to enable accurate reading of whether or not arc occurs, and furthermore, effective band from arc band power (Pa) If the value obtained by subtracting the power (Pt) is greater than the normal threshold (N TH ) [|Pa-Pt| > N TH ] Band to be excluded from calculation due to presence of noise power (EN DEL ), band with strong signal when arc occurs (EN ARC ), active band power (Pt) and arc band power (Pa) A normal threshold value (N TH ) that can be determined to have the same power is determined and stored to ensure the accuracy of determining whether or not there is an arc abnormality.

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.At this time, a step ( S50 ) of processing data based on the parameter determined in the arc detection initialization process and generating an arc alarm based thereon is further included to further improve accuracy upon arc alarm.

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.Specifically, the method for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to the present invention processes data based on parameters determined in an initialization process and generates an arc alarm based on this.

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.At this time, the arc threshold (A TH ) is empirically determined based on the normal threshold. It can be determined by adding an offset or by calculating a ratio, and can be selected according to system conditions. Arc band power (Pa) and active band power (Pt) are calculated and compared based on parameters determined in the initialization process, and arc band power (Pa ) is greater than the arc threshold (A TH or A TH2 ) than the active band power (Pt) or the steady-state arc band power (Ps), it is judged as arc generation and accuracy is guaranteed.

도 7a는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법을 나타내는 흐름도이다.7A is a flowchart illustrating a method for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to a first embodiment of the present invention.

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.As a method for determining whether or not there is an arc abnormality for fire prevention in a photovoltaic power generation system according to the present invention, the step (S50) of processing data based on the parameters determined in the arc detection initialization process and generating an arc alarm based on this is further embodied. As shown in FIGS. 1 to 6 and 7A, data is processed based on parameters determined in the initialization process, and an arc alarm can be generated based on this.

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.Processing data based on the parameters determined in the arc detection initialization process according to the arc abnormality detection method for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to the first embodiment of the present invention, and generating an arc alarm based on this step (S50 ) is a step (S51) of determining the arc threshold (A TH ) while recalling the parameters (EN DEL , EN ARC , N TH ) of the arc detection initialization process as shown in FIGS. A TH ) is determined empirically based on the normal threshold. It can be determined by adding an offset or by calculating a ratio and can be selected by the operator according to system conditions] and parameters (EN DEL , EN ARC , N TH ) If the calculating step (S52) and the arc band power (Pa) is greater than the sum of the active band power (Pt) and the arc threshold (A TH ), it is determined that an arc has occurred and the arc band power (Pa) is the active band power (Pt) ) and the arc threshold (A TH ), the step of repeating the comparison (S53), and the arc alarm if the arc band power (Pa) is greater than the sum of the active band power (Pt) and the arc threshold (A TH ) and generating a step (S54).

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.The arc threshold value (A TH ) is determined while recalling the parameters (EN DEL , EN ARC , N TH ) of the arc detection initialization process, and based on this parameter (EN DEL , EN ARC , N TH ), the arc bandwidth power (Pa) And after calculating the active band power (Pt), if the arc band power (Pa) is greater than the sum of the active band power (Pt) and the arc threshold value (A TH ), it is judged as arc generation and the arc band power (Pa) is the effective band If it is smaller than the sum of the power (Pt) and the arc threshold (A TH ), the comparison is repeated, and if the arc band power (Pa) is greater than the sum of the active band power (Pt) and the arc threshold (A TH ), an arc alarm is generated. By doing so, it is possible to more accurately determine the presence or absence of an abnormality in the arc generated in the transmission line of the photovoltaic power generation system.

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.At this time, if the arc band power (Pa) is greater than the sum of the active band power (Pt) and the arc threshold value (A TH ) after the step S53 is more than a predetermined number (M), an arc alarm is generated (S53+1) It further includes to minimize misreading of the arc.

도 7b는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법을 나타내는 흐름도이다.7B is a flowchart illustrating a method for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to a second embodiment of the present invention.

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.Processing data based on parameters determined in the arc detection initialization process according to the arc abnormality detection method for fire prevention of a photovoltaic power generation system according to the second embodiment of the present invention, and generating an arc alarm based on this step (S60 ) is a step (S61) of determining the arc threshold (A TH2 ) while recalling the parameters (EN DEL , EN ARC , Ps) of the arc detection initialization process as shown in FIGS. 1 to 6 and 7B [at this time, Ps denotes the arc band power (Pa) in the steady state calculated in the initialization process, and the arc threshold (A TH2 ) is empirically determined based on the normal threshold. It can be determined by adding an offset or by calculating a ratio and can be selected by an operator according to system conditions] and calculating arc band power (Pa) based on parameters (EN DEL , EN ARC , Ps) (S62); If the arc band power (Pa) is greater than the sum of the steady state arc band power (Ps) and the arc threshold (A TH2 ), it is determined that an arc has occurred, and the arc band power (Pa) is the normal state arc band power (Ps) and If it is less than the sum of the arc threshold (A TH2 ), the step of repeating the comparison (S63), and arc alarm if the arc band power (Pa) is greater than the sum of the steady state arc band power (Ps) and the arc threshold (A TH2 ) and generating a step (S64).

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.Arc threshold (A TH2 ) is determined while recalling parameters (EN DEL , EN ARC , Ps) of the arc detection initialization process, and arc bandwidth power (Pa) is calculated based on these parameters (EN DEL , EN ARC , Ps) After that, if the arc band power (Pa) is greater than the sum of the steady state arc band power (Ps) and the arc threshold (A TH2 ), it is judged as an arc occurrence, and the arc band power (Pa) is the normal state arc band power (Ps) and If it is smaller than the sum of the arc threshold value (A TH2 ), the comparison is repeated, and if the arc band power (Pa) is greater than the sum of the normal state arc band power (Ps) and the arc threshold value (A TH2 ), an arc alarm is generated to generate solar It is possible to more accurately determine whether or not there is an abnormality in the arc generated in the power transmission line of the photovoltaic system.

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.At this time, after the step S63, if the case where the arc band power (Pa) is greater than the sum of the normal state arc band power (Ps) and the arc threshold (A TH2 ) is more than a predetermined number (M), an arc alarm is generated (S63+ 1) is further included to minimize arc misreading.

본 발명은 태양광 발전 시스템의 송전선로 관련 산업 분야에 이용 가능하다.The present invention can be used in industrial fields related to power transmission lines of solar power generation systems.

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 : 데이터서버30: PV array 31: solar module
40: environmental sensor 50: smart connection box
51: DC monitoring unit 52: current / arc sensor
52a: Rogowski coil 53: fuse
54: circuit breaker 55: SPD
56: arc detection analog circuit unit 56a: matching circuit unit
56b: signal amplifier 57a: AD conversion unit
57b: FFT 57c: unwanted band removal unit
57d: effective bandwidth power calculation unit 57e: arc bandwidth power calculation unit
57f: power comparison/warning unit 57g: effective band selection unit
60: inverter 70: distribution board
80: system monitoring unit 90: data server

Claims (6)

아크검출아날로그회로부(56)에서 정합 및 증폭된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 AD 변환부(57a)의 양자화된 데이터를 FFT(57b) 처리하여 주파수영역의 스펙트럼(XFFT(57b))을 형성시켜 확인하는 스텝(S10)과,
상기 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,
상기 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,
상기 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 수행하여 동작에 필요한 패러미터를 결정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법.The FFT 57b processes the quantized data of the AD conversion unit 57a, which converts the analog signal matched and amplified by the arc detection analog circuit unit 56 into a digital signal, to form a spectrum (X FFT 57b) in the frequency domain. and confirming step (S10),
While selecting an unwanted band (EN DEL ), an arc band (EN ARC ), and a normal threshold (N TH ) from the spectrum (X FFT (57b) ) of the frequency domain processed by the FFT (57b), the effective bandwidth power (Pt) and the arc A step (S20) of calculating band power (Pa);
When the value obtained by subtracting the active band power (Pt) from the arc band power (Pa) is smaller than the normal threshold value (N TH ) [|Pa-Pt| <If N TH ] Assume a normal state, but if it does not match, the step of repeatedly determining parameters suitable for the photovoltaic system environment (S30);
When the value obtained by subtracting the active band power (Pt) from the arc band power (Pa) is greater than the normal threshold value (N TH ) [|Pa-Pt| > N TH ] Band to be excluded from calculation due to presence of noise power (EN DEL ), band with strong signal when arc occurs (EN ARC ), active band power (Pt) and arc band power (Pa) Fire prevention of a photovoltaic power generation system, characterized by determining parameters necessary for operation by performing an arc detection initialization process, including a step (S40) of determining and storing a normal threshold (N TH ) at which power can be determined to be equal A method for determining the presence or absence of an arc abnormality for 제1항에 있어서,
상기 S40 스텝 이후 상기 아크 검출 초기화 과정에서 결정된 패러미터에 근거하여 데이터를 처리하고 이를 바탕으로 아크 경보를 발생시키는 스텝(S50 or S60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법.According to claim 1,
Arc for fire prevention of a photovoltaic power generation system comprising a step (S50 or S60) of processing data based on the parameters determined in the arc detection initialization process after the step S40 and generating an arc alarm based thereon. How to determine if there is an abnormality. 제2항에 있어서,
상기 S50 스텝은
상기 아크 검출 초기화 과정의 패러미터(ENDEL, ENARC, NTH)를 소환하면서 아크임계치(ATH)를 결정하는 스텝(S51)과,
상기 패러미터(ENDEL, ENARC, NTH)에 근거하여 아크대역전력(Pa) 및 유효대역전력(Pt)을 계산하는 스텝(S52)과,
상기 아크대역전력(Pa)이 유효대역전력(Pt) 및 아크임계치(ATH)의 합보다 클 경우 아크발생으로 판단하고 상기 아크대역전력(Pa)이 유효대역전력(Pt) 및 아크임계치(ATH)의 합보다 작을 경우 반복하여 비교하는 스텝(S53)과,
상기 아크대역전력(Pa)이 유효대역전력(Pt) 및 아크임계치(ATH)의 합보다 클 경우 아크 경보를 발생하는 스텝(S54)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법According to claim 2,
The S50 step is
A step (S51) of determining an arc threshold (A TH ) while recalling the parameters (EN DEL , EN ARC , N TH ) of the arc detection initialization process;
Step S52 of calculating arc band power (Pa) and effective band power (Pt) based on the parameters (EN DEL , EN ARC , N TH );
If the arc band power (Pa) is greater than the sum of the active band power (Pt) and the arc threshold (A TH ), it is determined that an arc has occurred, and the arc band power (Pa) is the active band power (Pt) and the arc threshold (A TH ) If it is smaller than the sum of TH ), the step of repeatedly comparing (S53);
A step (S54) of generating an arc alarm when the arc band power (Pa) is greater than the sum of the active band power (Pt) and the arc threshold (A TH ) Fire prevention of a photovoltaic power generation system comprising: How to determine the presence or absence of an arc abnormality for 제3항에 있어서,
상기 S53 스텝 이후 상기 아크대역전력(Pa)이 유효대역전력(Pt) 및 아크임계치(ATH)의 합보다 클 경우가 정해진 수(M) 이상이면 아크 경보를 발생하는 스텝(S53+1)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법.According to claim 3,
After the step S53, if the arc band power (Pa) is greater than the sum of the active band power (Pt) and the arc threshold (A TH ), a step (S53+1) of generating an arc alarm if the case is greater than a predetermined number (M) A method for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system, characterized in that it further comprises. 제2항에 있어서,
상기 S60 스텝은
상기 아크 검출 초기화 과정의 패러미터(ENDEL, ENARC, Ps)를 소환하면서 아크임계치(ATH2)를 결정하는 스텝(S61)과,
상기 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,
상기 아크대역전력(Pa)이 정상상태 아크대역전력(Ps) 및 아크임계치(ATH2)의 합보다 클 경우 아크 경보를 발생하는 스텝(S64)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법.According to claim 2,
The S60 step is
A step (S61) of determining an arc threshold (A TH2 ) while recalling the parameters (EN DEL , EN ARC , Ps) of the arc detection initialization process;
A step (S62) of calculating an arc band power (Pa) based on the parameters (EN DEL , EN ARC , Ps);
If the arc band power (Pa) is greater than the sum of the steady state arc band power (Ps) and the arc threshold (A TH2 ), it is determined that an arc has occurred, and the arc band power (Pa) is the normal state arc band power (Ps) and A step (S63) of repeatedly comparing when the sum of the arc threshold values (A TH2 ) is smaller than the sum;
A step (S64) of generating an arc alarm when the arc band power (Pa) is greater than the sum of the steady-state arc band power (Ps) and the arc threshold (A TH2 ) Fire of the photovoltaic power generation system comprising: A method for determining the presence or absence of an arc abnormality for prevention. 제5항에 있어서,
상기 S63 스텝 이후 상기 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 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 화재예방을 위한 아크 이상 유무 판별 방법.
According to claim 5,
After the step S63, if the case where the arc band power (Pa) is greater than the sum of the normal state arc band power (Ps) and the arc threshold (A TH2 ) is more than a predetermined number (M), an arc alarm is generated (S63+1) ) Method for determining the presence or absence of an arc abnormality for fire prevention of a photovoltaic power generation system, characterized in that it further comprises.
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