KR20240005008A - 광발전 시스템을 위한 인버터 및 교류 전류 고장 식별 방법 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 광발전 시스템을 위한 인버터 및 교류 전류 고장 식별 방법을 제공한다. 상기 방법은: 제어기가 광발전 시스템의 미리 설정된 파라미터들에 대해 파형 기록을 수행한 다음, 기록된 파형들을 외부 디바이스에 업로드하는 것; 그리고 높은 데이터 저장 능력 및 높은 프로세싱 능력을 갖는 외부 디바이스가 인버터의 교류 전류 측의 고장을 정확하게 식별하기 위해, 이러한 파형들을 저장하고 후속하여 프로세싱할 수 있는 것을 포함한다. 더욱이, 운영자는 외부 디바이스로부터 미세 파형을 볼 수 있어, 시스템 모니터링의 정확도가 크게 개선된다. 더욱이, 외부 디바이스는 저장 용량, 빅 데이터 및 컴퓨팅 전력의 장점들을 최대한 활용하고, 파형들을 분석하고, 인버터의 동작을 조정하기 위한 제어 명령을 생성하며, 따라서 제어가 보다 정확해진다. 추가로, 로컬 실시간 및 신속한 제어와 협력함으로써 더 양호한 시스템 성능이 획득될 수 있다.
Description
본 개시 내용은 전력 전자기기의 기술 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 인버터 및 방법에 관한 것이다.
본 출원은 "inverter and method for identifying fault on alternating current side of photovoltaic system"이라는 명칭으로 중국 국가 지식 재산청에 2021년 ７월 20일자 출원된 중국 특허출원 제202110819893.2호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
광발전 인버터의 교류 전류 측은 일반적으로 전력 그리드에 접속된다. 광발전 인버터가 적절하게 응답하기 위해서는, 나타나는 고장에 따른 핵심 파라미터들의 특징들에 기반하여 그러한 고장을 인식하는 것이 중요하다. 예를 들어, 고장은 전압 한계를 초과하는 그리드 전압에 기초한 과전압 고장, 또는 전류 한계를 초과하는 전류에 기초한 과전류 고장으로서 결정된다.
따라서 광발전 인버터의 교류 전류 측에서의 고장을 정확하게 인식하기 위한 솔루션을 제공하는 것이 필수적이다.
본 개시 내용에 따르면, 고장(fault)을 정확하게 인식하기 위해, 광발전 시스템(photovoltaic system)의 교류 전류 측(alternating current side)에서 고장을 식별하기 위한 인버터 및 방법이 제공된다.
위의 목적을 위해 본 개시 내용의 실시예들에 따라 다음의 기술적 솔루션들이 제공된다.
본 개시 내용의 제1 양상에서, 광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은: 광발전 시스템의 제어기에 의해 광발전 시스템의 미리 설정된 파라미터의 파형을 기록하는 단계 ― 미리 설정된 파라미터는 광발전 시스템의 인버터의 교류 전류 파라미터를 포함함 ―; 기록된 파형을 제어기에 의해 외부 디바이스에 송신하는 단계; 및 고장을 인식하도록, 외부 디바이스에 의해 파형을 디스플레이하고 그리고/또는 파형을 분석하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 제어기에 의해 미리 설정된 파라미터의 파형을 기록하는 단계는: 파형 기록 트리거 신호가 존재하는지 여부를 결정하는 단계; 및 파형 기록 트리거 신호에 대한 응답으로, 미리 설정된 파라미터의 파형을 기록하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 파형 기록 트리거 신호가 존재하는지 여부를 결정하는 단계는: 파형 기록 트리거 신호가 수신되는지 여부를 결정하는 단계; 또는 파형 기록 트리거 신호가 생성되는지 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 파형 기록 트리거 신호는 외부 디바이스로부터 수신된다.
일 실시예에서, 파형 기록 트리거 신호는 설정된 시간에 도달할 때 제어기 내부의 타이밍 모듈에 의해 생성된다.
일 실시예에서, 파형 기록 트리거 신호는 인버터의 고장을 인식할 때 제어기에 의해 생성된다.
일 실시예에서, 인버터에는 교류 전력 그리드 또는 교류 전류 부하에 접속된 교류 전력 포트가 제공된다. 교류 전류 파라미터는 교류 전압, 교류 전류 및 누설 전류 중 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에서, 미리 설정된 파라미터는 직류 전압, 직류 전류 및 직류 전력 중 적어도 하나를 더 포함한다.
일 실시예에서, 인버터는 접지되고, 미리 설정된 파라미터는 접지에 대한 공통 모드 전압 및 접지에 대한 절연 임피던스 중 적어도 하나를 더 포함한다.
일 실시예에서, 광발전 시스템에는 인버터 외부에 배열된 센서가 제공되고, 미리 설정된 파라미터는 그리드 접속 포인트에서의 전압, 그리드 접속 포인트에서의 전류, 부하 접속 포인트에서의 전압, 부하 접속 포인트에서의 전류, 외부 디바이스를 통하는 전류, 주변 온도 및 광 세기 중 적어도 하나를 더 포함한다.
일 실시예에서, 제어기가 미리 설정된 파라미터의 파형을 기록하는 레이트(rate)는 미리 설정된 파라미터의 특징 주파수의 2배 이상이고; 그리고/또는 기록이 계속되는 시간의 길이는 파형의 주기 이상이다.
일 실시예에서, 파형을 분석하는 단계는: 시간 도메인 또는 주파수 도메인에서 파형을 분석하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 파형을 분석하기 위한 기준 데이터는: 클라우드 서버에 저장된 표준 파형 데이터, 인버터에 의해 송신된 다른 파형, 인버터에 의해 이전에 송신된 파형 데이터, 및 다른 인버터에 의해 송신된 파형 데이터 중 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에서, 이 방법은: 파형을 분석한 후에 외부 디바이스에 의한 분석에 기초하여 제어기에 명령을 송신하고, 인버터를 제어하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 명령은 동작 파라미터를 시작하는 것, 동작 파라미터를 중단하는 것, 그리고 동작 파라미터를 조절하는 것 중 하나를 표시한다.
일 실시예에서, 기록된 파형을 송신하는 단계는, 파형을 디스플레이하고 그리고/또는 파형을 분석하기 전에 적어도 2번 수행된다.
일 실시예에서, 이 방법은: 미리 설정된 파라미터의 파형을 기록하기 전에, 외부 디바이스에 의해 제어기에 명령을 송신하고 인버터를 설정하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 인버터를 제어한 후에, 미리 설정된 파라미터의 파형을 기록하는 단계가 반복된다.
일 실시예에서, 외부 디바이스는 원격 서버, 클라우드 서버 또는 모바일 디바이스이다.
본 개시 내용의 제2 양상에서, 인버터가 추가로 제공된다. 인버터는 1차 회로 및 제어기를 포함한다. 1차 회로의 직류 전력 포트는 광발전 시스템의 광발전 어레이를 직접적으로 또는 간접적으로 접속하도록 구성되고, 1차 회로의 교류 전력 포트는 교류 전력 그리드 또는 교류 전류 부하를 접속하도록 구성된다. 1차 회로는 제어기에 의해 제어되도록 구성된다. 제어기는 외부 디바이스를 통신 가능하게 접속하도록 구성되고, 제1 양상의 방법을 수행하도록 구성된다.
일 실시예에서, 제어기는 외부 디바이스에 의해 송신된 명령에 대한 응답으로 인버터를 제어하도록 추가로 구성된다.
일 실시예에서, 제어기는 유선 방식으로, 무선으로, 또는 전력 라인 캐리어를 통해 외부 디바이스와 통신하도록 구성된다.
일 실시예에서, 1차 회로는 DC-AC 변환 회로이다. 대안으로, 1차 회로는 DC-AC 변환 회로, 및 DC-AC 변환 회로의 상류에 배열된 적어도 하나의 DC-DC 변환 회로를 포함한다.
본 개시 내용에 따른 방법에 의해, 제어기는 광발전 시스템의 미리 설정된 파라미터의 파형을 기록하고, 그런 다음, 기록된 파형을 외부 디바이스에 송신한다. 데이터 저장 및 프로세싱에서 비교적 우수하게 수행하는 외부 디바이스는, 인버터의 교류 전류 측에서 고장을 정확하게 인식하기 위해, 파형을 저장하고 후속 프로세싱을 수행한다.
본 개시내용의 실시예들에서의 기술적 솔루션들 또는 종래 기술에서의 기술적 솔루션들을 보다 명확하게 설명하기 위해, 본 개시내용의 실시예들 또는 종래 기술의 설명에서 사용될 도면들이 아래에서 간략하게 설명된다. 아래에서 설명되는 도면들은 단지 본 개시내용의 일부 실시예들을 도시할 뿐이며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 어떠한 독창적인 노력도 없이, 제공된 도면들에 따라 다른 도면들을 얻을 수 있다는 것이 명백하다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 파형 기록을 예시하는 개략도이다.
도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 종래의 시스템에 의한 데이터 모니터링을 예시하는 개략도이다.
도 4, 도 5, 도 6 및 도 7은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법을 각각 예시하는 흐름도들이다.
도 8은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 인버터의 적용 시나리오를 예시하는 개략도이다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 파형 기록을 예시하는 개략도이다.
도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 종래의 시스템에 의한 데이터 모니터링을 예시하는 개략도이다.
도 4, 도 5, 도 6 및 도 7은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법을 각각 예시하는 흐름도들이다.
도 8은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 인버터의 적용 시나리오를 예시하는 개략도이다.
본 개시내용의 실시예들에서의 기술적 솔루션들은 본 개시내용의 실시예들의 도면들과 함께 아래에서 명확하고 완전하게 설명된다. 명백하게, 아래에서 설명되는 실시예들은 본 개시내용의 모든 실시예들보다는 단지 일부 실시예들일 뿐이다. 어떠한 독창적인 노력도 없이 본 개시내용의 실시예들에 기반하여 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 획득되는 임의의 다른 실시예들이 본 개시내용의 보호 범위 내에 속한다.
본 명세서에서 "포함하다", "구비하다" 또는 임의의 다른 변형들의 용어들은 배타적이지 않은 것으로 의도된다. 따라서 다수의 엘리먼트들을 포함하는 프로세스, 방법, 물품 또는 디바이스는 엘리먼트들뿐만 아니라 열거되지 않은 다른 엘리먼트들도 포함하거나, 또는 프로세스, 방법, 물품 또는 디바이스에 내재된 엘리먼트들을 또한 포함한다. 표현상 달리 제한되지 않는 한, "하나를 포함하는(구비하는)"이라는 표현은 다른 유사한 엘리먼트들이 프로세스, 방법, 물품 또는 디바이스에 존재할 수 있는 경우를 배제하지 않는다.
파형들의 특징들에 기반하여 식별의 정확도를 개선하기 위해, 본 개시내용에 따라 광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법이 제공된다.
인버터는 1차 회로 및 제어기를 포함한다. 1차 회로의 구조는 실제 애플리케이션 시나리오들에 의존한다. 1차 회로는 DC-AC 변환 회로일 수 있다. 대안으로, 1차 회로는 DC-AC 변환 회로, 및 DC-AC 변환 회로의 상류(upstream)에 배열된 적어도 하나의 DC-DC 변환 회로를 포함할 수 있다. 인버터 내부 또는 외부의 검출 디바이스에 의해 획득된 다양한 파라미터들이 제어기에 송신되어, 제어기는 파라미터들을 모니터링할 수 있고, 그에 따라 1차 회로를 정확하게 제어할 수 있다.
추가로, 제어기는 외부 디바이스와 통신한다. 외부 디바이스는 원격 서버, 클라우드 서버, 모바일 디바이스 등일 수 있다. 일반적으로, 외부 디바이스는 마스터로서 기능하고, 제어기는 슬레이브로서 기능한다. 외부 디바이스는, 제어기가 시작, 정지, 동작 등을 수행하도록 인버터를 제어하기 위한 그리고 인버터의 동작 파라미터들을 획득하기 위한 명령을 제어기에 원격으로 송신한다. 제어기는 예를 들어, RS485, CAN, 이더넷 및 USB에 특정된 바와 같이, 유선 방식으로 외부 디바이스와 통신할 수 있다. 대안으로, 제어기는 예를 들어, WiFi, 블루투스, 지그비(Zigbee), 로라(Lora), NB-IOT 및 광 통신을 통해 무선으로 외부 디바이스와 통신한다. 대안으로, 제어기는 전력 라인 캐리어(PLC: power-line carrier)를 통해 외부 디바이스와 통신한다. 모든 대안들은 본 개시내용의 보호 범위 내에 있다.
도 1을 참조하면, 방법은 다음의 단계들(S101 내지 S103)을 포함한다.
단계(S101)에서, 광발전 시스템의 제어기가 광발전 시스템의 미리 설정된 파라미터의 파형을 기록한다.
다수의 검출 디바이스들은 대개 인버터 내부 또는 외부에 배열된다. 검출 디바이스들은 전압, 전류 및 전력을 포함하는 전기 파라미터들뿐만 아니라 온도 및 방사 조도(irradiance)를 포함하는 주변 파라미터를 감지하도록 구성된다. 검출 디바이스들은 각각, 제어기가 대응하는 파라미터의 파형을 기록하도록, 감지 결과를 제어기에 출력한다.
실제로, 미리 설정된 파라미터는 광발전 시스템의 인버터의 적어도 교류 전류 파라미터, 예를 들어 교류 전압, 교류 전류 및 누설 전류 중 적어도 하나를 포함한다. 교류 전력 그리드 또는 교류 전류 부하의 특징들, 이를테면 전압 고조파, 전류 고조파, 전압의 직류 성분, 전류의 직류 성분, 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력, 역률, 임피던스 및 안정성을 분석하기 위해 교류 전압 또는 교류 전류의 파형이 기록될 수 있다. 절연 및 안전성에서 시스템의 성능을 모니터링하기 위해 누설 전류의 파형이 기록될 수 있다.
제어기가 파형을 기록하는 레이트 및 기록이 지속되는 시간의 길이는 실제 애플리케이션 시나리오들에 의존한다. 실제로, 레이트는 신호 샘플링에서 샤논의 정리(Shannon's theorem)에 따라, 기록된 파형의 충실도를 보장하도록, 미리 설정된 파라미터의 특징 주파수의 2배 이상이다. 즉, 레이트가 특징 주파수의 2배보다 더 클 때, 핵심 정보가 성공적으로 획득된다. 예를 들어, 인버터의 교류 전력 포트에 걸친 50㎐의 교류 전압의 파형을 기록하기 위해, 레이트는 100㎐ 이상이다. 즉, 전압에 대해 초당 100개 이상의 값들이 기록된다. 추가로, 일정한 레이트의 경우, 더 긴 시간 길이는 더 많은 수의 값들에 대응하고, 그 때문에 파형의 더 양호한 무결성에 대응한다. 시간 길이는 바람직하게는, 미리 설정된 파라미터의 원래의 파형의 주기보다 더 짧지 않다. 예를 들어, 교류 전력 포트에 걸친 20㎳의 주기를 갖는 50㎐의 교류 전압의 경우, 시간 길이는 바람직하게는 20㎳ 이상이다. 파형의 주기성을 나타내기 위해, 다수의 연속적인 주기들, 예를 들어 10개의 연속적인 주기들이 고르게 기록된다. 더 긴 기록 시간 길이는 기록, 저장 및 송신될 더 많은 양의 데이터를 표시하여, 하드웨어에 더 높은 요건들을 부과한다. 따라서 시간 길이는 실제로 하드웨어에 대해 밸런싱될 수 있다. 도 2는 (20㎳의 주기를 갖는) 50㎐의 정현파 교류 전압(예를 들어, 그리드 전압)의 파형 기록을 예시하는 개략도이다. 파형은 50㎲ 간격들로 기록되고, 따라서 주기당 400개의 값들이 기록된다.
단계(S102)에서, 제어기가 기록된 파형을 외부 디바이스에 업로드한다.
제어기는 실제 애플리케이션 시나리오들에 따라 대응하는 통신들을 통해, 기록된 파형을 외부 디바이스에 업로드하며, 이들 모두는 본 개시내용의 보호 범위 내에 있다.
단계(S103)에서, 외부 디바이스는 광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 인식하기 위해 파형을 디스플레이하고 그리고/또는 파형을 분석한다.
실제로, 고장을 갖는 핵심 파라미터들의 특징들에 기초하여 고장을 인식하는 것, 예를 들어 그리드 전압이 전압 한계를 초과하는 것에 기초하여 과전압 고장을 인식하거나, 또는 전류가 전류 한계를 초과하는 것에 기초하여 과전류 고장을 인식하는 것 외에도, 인버터는 추가로, 교류 전력 그리드의 특징들, 이를테면 그리드 전압의 범위, 임피던스 및 고조파를 사전 예방적으로 모니터링하고, 자신의 동작 파라미터들을 교류 전력 그리드의 특징들에 적시에 적응시킨다.
그러나, 인버터의 로컬 제어 유닛(즉, 제어기)만이 고장을 식별하고 동작 파라미터들을 적응시키며, 이는 로컬 제어 유닛의 제한된 데이터 저장 및 데이터 프로세싱으로 인해 제한된 식별 정확도를 야기한다.
단계(S102) 및 단계(S103)를 통해, 외부 디바이스가 고장을 식별한다. 외부 디바이스는 자신만의 디스플레이 인터페이스 또는 외부 디바이스에 접속된 디스플레이 단자를 통해 인버터에 의해 송신된 파형을 디스플레이한다. 이 경우, 외부 디바이스는 원격 오실로스코프로서 기능한다. 외부 디바이스는 추가로 파형을 분석하고 분석을 출력한다.
외부 디바이스는 시간 도메인 또는 주파수 도메인에서 파형의 특징들을 분석하는 것을 포함하여 파형을 분석한다. 특징들은 직류 성분, 파형의 진폭, 시스템 안정성 등을 포함한다.
실제로, 외부 디바이스에 의해 파형을 분석하기 위한 기준 데이터는 클라우드 서버에 저장된 표준 파형 데이터, 인버터에 의해 송신된 다른 파형, 인버터에 의해 이전에 송신된 파형 데이터, 및 다른 인버터에 의해 송신된 파형 데이터 중 적어도 하나를 포함한다.
외부 디바이스는: 현재 파형을 외부 디바이스에 저장된 표준 파형 데이터와 비교함으로써 파형을 분석하여 분석을 획득하고 분석을 출력한다. 대안으로, 외부 디바이스는: 현재 파형(예를 들어, 교류 전압의 파형) 및 인버터에 의해 송신된 다른 파형(예를 들어, 전류의 파형) 데이터를 포괄적으로 분석하여 분석을 획득하고 분석을 출력한다. 대안으로, 외부 디바이스는: 현재 파형 및 인버터에 의해 이전에 송신된 파형 데이터를 포괄적으로 분석함으로써 파형을 분석하여 분석을 획득하고 분석을 출력한다. 대안으로, 외부 디바이스는: 현재 파형 및 다른 인버터에 의해 송신된 파형 데이터를 포괄적으로 분석함으로써 파형을 분석하여 분석을 획득하고 분석 결과를 출력한다.
실시예들에 따른 방법에서, 데이터 저장 및 프로세싱에서 비교적 우수하게 수행하는 외부 디바이스는, 인버터의 교류 전류 측에서 고장을 정확하게 인식하기 위해, 파형을 저장하고 후속 프로세싱을 수행한다.
실시예들에서 설명된 파형 기록은, 대개 분(minute) 레벨로 수행되는 종래의 시스템에 의한 데이터 모니터링과 상이하다는 것이 주목되어야 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 교류 전압은 대개는 분 레벨로 모니터링되며, 전압의 실시간 파형 대신 평균 제곱근 전압(Vr㎳)의 파형만이 디스플레이된다. 실시예들에서, 외부 디바이스가 파형을 정밀하게 분석하고 후속하여 파형을 디스플레이하도록 파형이 정밀하게 기록되어, 모니터링의 정밀도가 크게 개선된다.
본 개시내용의 다른 실시예에 따르면, 도 1에 기초하여, 방법의 단계(S101)는 도 4에 도시된 바와 같이, 다음의 단계들(S201, S202)을 포함한다.
단계(S201)에서, 제어기는 파형 기록 트리거 신호가 존재하는지 여부를 결정한다.
세부사항들이 다음과 같이 설명된다. 제어기는 파형 기록 트리거 신호가 수신되는지 여부를 결정한다. 대안으로, 제어기는 파형 기록 트리거 신호가 생성되는지 여부를 결정한다. 즉, 파형 기록 트리거 신호는 실제 애플리케이션 시나리오들에 따라, 다른 곳으로부터 제어기에 의해 수신되거나 제어기에 의해 생성될 수 있다. 모든 대안들은 본 개시내용의 보호 범위 내에 있다.
바람직한 실시예에서, 파형 기록 트리거 신호는 제어기에 의해 수신된다. 예를 들어, 외부 디바이스에 의해, 예를 들어 모바일 디바이스의 애플리케이션인 원격 서버/클라우드 서버의 동작 인터페이스를 통해, 또는 모바일 디바이스 상의 버튼을 누름으로써, 파형 기록 트리거 신호가 인버터에 송신되어, 파형을 기록하도록 인버터를 트리거한다.
다른 바람직한 실시예에서, 파형 기록 트리거 신호는 인버터의 타이밍 메커니즘에 기반하여 개시된다. 인버터의 제어기 내부의 타이밍 모듈이 설정된 시간 순간에 도달할 때, 제어기는 파형을 기록하도록 제어기를 트리거하기 위해 파형 기록 트리거 신호를 생성한다. 예를 들어, 인버터는 1시간 간격으로 파형 기록을 트리거한다. 이런 식으로, 파형은 과도한 저장 및 통신 채널 자원들을 점유하지 않고 실시간으로 기록될 수 있다.
다른 바람직한 실시예에서, 인버터에서의 고장이 식별될 때, 파형 기록 트리거 신호가 생성된다. 제어기는 인버터의 고장을 인식할 때, 파형의 기록을 시작한다. 예를 들어, 제어기는 전력 그리드에서의 과전압 고장에 대한 응답으로 그리드 전압의 파형을 기록하도록 트리거된다. 이런 식으로, 파형은 과도한 저장 및 통신 채널 자원들을 점유하지 않으면서, 고장의 경우 지속적으로 정확하게 기록될 수 있다.
일부 예들만 위에서 설명되었으며, 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다. 파형 기록 트리거 신호가 존재하는지 여부를 제어기가 결정하는 세부사항들은 실제 적용 시나리오마다 다를 수 있다. 모든 대안들은 본 개시내용의 보호 범위 내에 있다.
파형 기록 트리거 신호에 대한 응답으로, 이 방법은 단계(S102)로 진행한다.
단계(S102)에서, 제어기는 미리 설정된 파라미터의 파형을 기록한다.
제어기가 파형을 기록하는 세부사항들은 이전의 실시예들을 참조할 수 있고, 따라서 여기서 반복되지 않는다.
1차 회로의 구조에 관계없이, 인버터에는 일반적으로, 실제로 2개의 전력 포트들, 즉 직류 전력 포트 및 교류 전력 포트가 제공된다. 교류 전력 포트는 교류 전력 그리드 또는 교류 전류 부하에 접속된다. 직류 전력 포트는 직접적으로 또는 DC-DC 변환기를 통해 광발전 어레이에 접속된다. 추가로, 실제 애플리케이션 시나리오들에 따라, 조합기 박스가 인버터의 직류 측의 상류에 배열될 수 있다. 모든 대안들은 본 개시내용의 보호 범위 내에 있다.
추가로, 대응하는 전력 포트의 전기 파라미터를 감지하기 위한 감지 디바이스가 인버터에 추가로 배열된다. 따라서 인버터의 제어기는 위의 방법의 단계들을 통해 고속으로 일정하게 전기 파라미터의 파형을 기록하고, 기록된 파형을 통신들을 통해 외부 디바이스에 송신할 수 있다. 인버터의 제어기는 파형 기록 트리거 신호가 존재하는지 여부를 검출하고, 파형 기록 트리거 신호에 대한 응답으로 제1 시간 기간에 걸쳐 전력 포트들로부터의 전기 파라미터들 중 적어도 하나의 전기 파라미터의 파형을 기록한다. 예를 들어, 제어기는 파형 기록 트리거 신호가 검출되는 즉시 교류 전력 포트에서의 전압의 파형을 기록한다.
실제로, 교류 전력 포트의 전기 파라미터에 추가로, 미리 설정된 파라미터는 직류 전력 포트의 전기 파라미터, 예를 들어 직류 전압, 직류 및 직류 전력 중 적어도 하나를 포함한다. 직류 전력 공급부 또는 직류 부하의 특징들, 이를테면 직류 전력, 및 전압과 전류의 안정성을 분석하기 위해, 직류 전압 및 직류 전류의 파형들이 지속적으로 기록된다.
실제로, 인버터에는 접지 단자가 추가로 제공된다. 이 경우, 미리 설정된 파라미터는 접지에 대한 공통 모드 전압 및 접지에 대한 절연 임피던스 중 적어도 하나를 포함하는, 접지에 대한 전기 파라미터이다. 접지에 대한 공통 모드 전압 및 접지에 대한 절연 임피던스의 파형들은 절연 및 안전성에서 시스템의 성능을 검출하기 위해 지속적으로 기록된다.
추가로, 인버터에는 외부 센서가 제공된다. 이 경우, 미리 설정된 파라미터는, 그리드 접속 포인트에서의 전압, 그리드 접속 포인트에서의 전류, 부하 접속 포인트에서의 전압, 부하 접속 포인트에서의 전류, 주변 온도 및 광 세기 중 적어도 하나를 포함하는 외부 전기 파라미터이다. 실제로, 외부 전류 센서는 그리드 접속 포인트에서의 전류 및/또는 외부 디바이스를 통하는 전류를 감지한다. 외부 온도 센서는 주변 온도를 감지하고, 주변 온도를 전기 파라미터 신호로 변환하고, 전기 파라미터 신호를 제어기에 송신한다. 외부 방사 센서는 광 세기를 감지하고, 광 세기를 전기 신호로 변환하고, 전기 신호를 제어기에 송신한다. 외부 전기 파라미터들의 파형들은 외부 디바이스 또는 주변 조건들을 모니터링하도록 지속적으로 기록된다.
위에서는, 미리 설정된 파라미터의 일부 예들만이 설명되었으며, 미리 설정된 파라미터는 이에 제한되지 않는다. 분석 또는 디스플레이될 임의의 파라미터가 본 개시내용의 보호 범위 내에 있다.
본 개시내용의 다른 실시예에 따르면, 외부 디바이스는 파형을 분석한 후에, 동작하도록 인버터를 제어하기 위한 제어 명령을 추가로 생성한다. 이 경우, 외부 디바이스는 원격 CPU(중앙 프로세싱 유닛/프로세서)로서 기능한다.
즉, (도 1에 기초하여 예시된) 도 5에 도시된 바와 같이, 이 방법은 단계(S103) 후에 다음의 단계(S104)를 더 포함한다.
단계(S104)에서, 외부 디바이스는 분석에 기초하여 제어기에 명령을 송신하여, 인버터를 제어한다.
명령은 동작 파라미터를 시작하는 것, 동작 파라미터를 중단하는 것, 그리고 동작 파라미터를 조절하는 것 중 하나를 표시한다.
외부 디바이스는 추가로, 파형을 분석함으로써 결과에 기반하여 명령을 인버터에 송신한다. 예를 들어, 고조파 직류 성분 또는 누설 전류가 비교적 크다는 것을 표시하는 분석에 대한 응답으로, 외부 디바이스는 고조파 직류 성분 또는 누설 전류를 감소시키기 위해 인버터의 동작 파라미터를 조절하기 위한 명령을 송신한다. 직류 전압이 이전의 최대 전력 포인트로부터 상당히 벗어났다는 것을 표시하는 분석에 대한 응답으로, 외부 디바이스는 인버터가 최대 전력 포인트를 추적할 수 있도록, 인버터의 동작 파라미터를 조절하기 위한 명령을 송신한다. 교류 전력 그리드가 불안정하다는 것을 표시하는 분석에 대한 응답으로, 외부 디바이스는 교류 전력 그리드에 대한 인버터의 영향을 줄이도록, 인버터의 동작 파라미터를 조절하기 위한, 예를 들어 출력되는 유효 전력을 감소시키거나 또는 출력되는 용량성 무효 전력을 증가시킴으로써 교류 전력 그리드의 지원 능력을 향상시키기 위한 명령을 송신한다. 시스템에 잠재적 고장, 예를 들어 접지에 대한 절연 감소가 있음을 나타내는 분석에 대한 응답으로, 외부 디바이스는 고장을 피하도록 시스템의 동작을 최적화하기 위해, 인버터의 동작 파라미터를 조절하기 위한 명령을 미리 송신하거나, 또는 고장이 확장되는 것을 방지하도록 시스템을 미리 보호 모드로 스위칭한다.
실제로, 조절될 인버터의 동작 파라미터는: 제어 루프 파라미터, 듀티 사이클, 타깃 전압, 타깃 전류, 타깃 전력 등을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
외부 디바이스, 예를 들어 원격 서버 또는 클라우드 서버에는 일반적으로, 인버터의 로컬 제어 유닛이 갖지 않는 큰 저장 용량, 빅 데이터 및 컴퓨팅 전력이 제공된다. 따라서 실시예들에 따른 방법에서, 외부 디바이스, 예를 들어 원격 서버 또는 클라우드 서버는 제어 명령을 획득하기 위해 파형을 분석하고, 따라서 제어는 로컬 제어 유닛과 비교하여 더 정밀하게 수행된다. 원격 서버 또는 클라우드 서버는 로컬 제어 유닛과 비교적 느리게 상호 작용하고, 그에 따라, 신속하고 시의적절하게 제어를 수행할 수 있는 인버터의 로컬 제어 유닛을 보완하고 로컬 제어 유닛과 협력함으로써, 시스템 성능을 크게 개선한다.
추가로, 외부 디바이스, 예를 들어 원격 서버 또는 클라우드 서버는 인버터의 동작 모드 또는 동작 파라미터를 조절할 때, 다수의 횟수들로 기록된 파형들에 기반하여 결정을 추가로 수행하여 시스템을 제어할 수 있으며, 인버터는 최적의 모드에서 동작하도록 배열된다. 예를 들어, 외부 디바이스는 비교적 적절한 동작 모드 또는 동작 파라미터를 획득하기 위해, 아침, 정오 및 저녁에 인버터에 의해 기록 및 송신된 파형들에 기반하여 포괄적인 결정을 수행한다. 대안으로, 동작 상태 또는 동작 파라미터는 시간에 적응되어, 인버터는 항상 최적의 동작 모드에서 동작할 수 있다. 즉, 단계(S101) 및 단계(S102)는 단계(S103) 전에 여러 번 수행될 수 있다. 이 경우, 방법의 흐름도는 도 6에 도시된 바와 같다.
외부 디바이스, 예를 들어 원격 서버 또는 클라우드 서버는 또한, 파형을 기록하고 기록된 파형을 송신하도록 인버터를 제어하기 전에, 인버터의 동작 모드 또는 동작 파라미터를 조절하기 위한 명령을 사전 예방적으로 송신한다. 외부 디바이스, 예를 들어 원격 서버 또는 클라우드 서버는 최적의 동작 모드 또는 동작 파라미터를 획득하기 위해 파형을 분석한다. 예를 들어, 그리드 접속 인버터의 경우, 클라우드 서버는 먼저, 저 출력 전력 모드에서 동작하고, 출력 전압의 파형을 기록하고, 기록된 파형을 송신하도록 인버터를 제어하기 위한 명령을 송신한다. 그런 다음, 클라우드 서버는, 고 출력 전력의 모드에서 동작하고, 출력 전압의 파형을 기록하고, 기록된 파형을 송신하도록 인버터를 제어하기 위한 명령을 송신한다. 클라우드 서버는, 인버터에 접속된 전력 그리드의 세기를 결정하기 위해 출력 전압의 전자의 파형과 출력 전압의 나중의 파형을 비교하고, 그런 다음, 인버터 및 시스템의 안정성에 가장 적절한 동작 파라미터를 계산하여, 예를 들어 적절한 비례 적분 제어 파라미터로 설정하거나, 전압 피드 포워드 제어를 증가 또는 감소시키거나, 또는 유효 또는 무효 전력 출력을 증가 또는 감소시킨다. 즉, 단계(S101)가 수행되기 전에, 외부 디바이스가 인버터의 모드를 설정하기 위한 명령을 제어기에 송신하는 단계(S100)가 수행된다. 게다가, 이 방법은 단계(S104) 후에 단계(S101)로 돌아간다. 단계들(S101 내지 S104)은 실제 적용 시나리오들에 따라 여러 번 수행될 수 있다. 이 경우, 방법의 흐름도는 도 7에 도시된 바와 같다.
실제로, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 솔루션들은 실제 애플리케이션 시나리오들에 따라 조합될 수 있다. 모든 대안들이 본 개시내용의 보호 범위 내에 있다.
본 개시내용의 다른 실시예에 따르면, 인버터가 추가로 제공된다. 도 7을 참조하면, 인버터는: 1차 회로(101) 및 제어기(102)를 포함한다.
1차 회로(101)의 직류 전력 포트는 광발전 시스템의 광발전 어레이에 직접적으로 또는 간접적으로 접속된다. 1차 회로(101)의 교류 전력 포트는 교류 전력 그리드 또는 교류 전류 부하에 접속된다.
1차 회로(101)는 제어기(102)에 의해 제어된다.
제어기(102)는 외부 디바이스(200)에 통신 가능하게 접속되고, 위의 실시예들에서 설명된 방법의 단계들(S101, S102)을 수행하도록 구성된다. 이 방법에 대한 세부사항들은 위의 실시예들을 참조할 수 있고, 따라서 여기서 반복되지 않는다.
외부 디바이스(200)는 자신의 디스플레이 인터페이스 또는 외부 디바이스(200)에 접속된 디스플레이 단자를 통해 인버터에 의해 송신된 파형을 디스플레이한다.
바람직하게는, 제어기(102)는 외부 디바이스에 의해 송신된 명령에 대한 응답으로 인버터를 제어하도록 추가로 구성된다.
실제로, 제어기(102)는 유선 방식으로, 무선으로, 또는 전력 라인 캐리어를 통해 외부 디바이스와 통신한다.
추가로, 1차 회로(101)는 DC-AC 변환 회로만을 포함할 수 있다. 대안으로, 1차 회로(101)는 DC-AC 변환 회로, 및 DC-AC 변환 회로의 상류에 배열된 적어도 하나의 DC-DC 변환 회로를 포함한다.
인버터의 다른 구조들 및 설정들은 종래 기술을 참조할 수 있고, 인버터가 위의 방법을 수행하기 위해 외부 디바이스(200)와 협력할 수 있는 한, 본 개시내용의 보호 범위 내에 있다.
본 명세서의 실시예들은 점진적으로 설명되며, 실시예들 사이의 동일한 그리고 유사한 부분들은 서로 참조될 수 있으며, 각각의 실시예는 다른 실시예들과의 차이들에 초점을 맞춘다. 시스템 및 시스템의 실시예들이 방법의 실시예들과 실질적으로 유사하기 때문에, 그 설명은 비교적 간단하다. 관련 사항들에 대해, 방법의 실시예들의 설명이 참조될 수 있다. 시스템 및 시스템의 실시예들은 단지 예시일 뿐이다. 이산 컴포넌트들로서 설명된 유닛들은 물리적으로 분리될 수 있거나 분리되지 않을 수 있다. 유닛들로서 도시된 컴포넌트들은 물리적 유닛들일 수 있거나 물리적 유닛들이 아닐 수 있는데, 즉, 컴포넌트들은 한 장소에 위치될 수 있거나 다수의 네트워크 유닛들 사이에 분산될 수 있다. 이들의 일부 또는 모든 모듈들은 필요한 경우, 실시예들의 솔루션들을 구현하도록 선택될 수 있다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 어떠한 독창적인 노력 없이도 본 개시내용을 이해하고 구현할 수 있다.
개시된 실시예들과 조합하여 설명된 유닛들 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다는 것을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 추가로 이해해야 한다. 하드웨어와 소프트웨어의 상호 교환 가능성을 명확하게 설명하기 위해, 실시예들의 단계들 및 엘리먼트들이 기능들에 따라 위에서 설명되었다. 이러한 기능들이 하드웨어에서 수행되는지 또는 소프트웨어에서 수행되는지는 특정 애플리케이션 및 기술 솔루션에 대한 설계 제약들에 의존한다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 방식들로 특정 애플리케이션에 대해 설명된 기능들을 구현할 수 있다.
개시된 실시예들의 위의 설명에 기반하여, 실시예들에서 설명된 특징들은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들이 본 개시내용을 구현 또는 사용할 수 있도록 대체 또는 조합될 수 있다. 실시예들에 대한 다양한 변형들이 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명백하며, 본 명세서의 일반적인 원리는 본 개시내용의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예들에서 구현될 수 있다. 따라서 본 개시내용은 본 명세서에 개시된 실시예들로 제한되는 대신에 본 명세서에 개시된 원리 및 신규한 특징들에 따른 가장 넓은 범위 내에 있어야 한다.
Claims (23)
- 광발전 시스템(photovoltaic system)의 교류 전류 측에서 고장(fault)을 식별하기 위한 방법으로서,
상기 광발전 시스템의 제어기에 의해 상기 광발전 시스템의 미리 설정된 파라미터의 파형을 기록하는 단계 ― 상기 미리 설정된 파라미터는 상기 광발전 시스템의 인버터의 교류 전류 파라미터를 포함함 ―;
기록된 파형을 상기 제어기에 의해 외부 디바이스에 송신하는 단계; 및
상기 고장을 인식하도록, 상기 외부 디바이스에 의해 상기 파형을 디스플레이하고 그리고/또는 상기 파형을 분석하는 단계를 포함하는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 제어기에 의해 상기 미리 설정된 파라미터의 파형을 기록하는 단계는:
파형 기록 트리거 신호가 존재하는지 여부를 결정하는 단계; 및
상기 파형 기록 트리거 신호에 대한 응답으로 상기 미리 설정된 파라미터의 파형을 기록하는 단계를 포함하는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제2 항에 있어서,
상기 파형 기록 트리거 신호가 존재하는지 여부를 결정하는 단계는:
상기 파형 기록 트리거 신호가 수신되는지 여부를 결정하는 단계; 또는
상기 파형 기록 트리거 신호가 생성되는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제3 항에 있어서,
상기 파형 기록 트리거 신호는 상기 외부 디바이스로부터 수신되는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제3 항에 있어서,
상기 파형 기록 트리거 신호는 설정된 시간에 도달할 때 상기 제어기 내부의 타이밍 모듈에 의해 생성되는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제3 항에 있어서,
상기 파형 기록 트리거 신호는 상기 인버터의 고장을 인식할 때 상기 제어기에 의해 생성되는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 인버터에는 교류 전력 그리드 또는 교류 전류 부하에 접속된 교류 전력 포트가 제공되고, 상기 교류 전류 파라미터는 교류 전압, 교류 전류 및 누설 전류 중 적어도 하나를 포함하는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 미리 설정된 파라미터는 직류 전압, 직류 전류 및 직류 전력 중 적어도 하나를 더 포함하는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 인버터는 접지되고, 상기 미리 설정된 파라미터는 접지에 대한 공통 모드 전압 및 접지에 대한 절연 임피던스 중 적어도 하나를 더 포함하는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 광발전 시스템에는 상기 인버터 외부에 배열된 센서가 제공되고,
상기 미리 설정된 파라미터는 그리드 접속 포인트에서의 전압, 상기 그리드 접속 포인트에서의 전류, 부하 접속 포인트에서의 전압, 상기 부하 접속 포인트에서의 전류, 상기 외부 디바이스를 통하는 전류, 주변 온도 및 광 세기 중 적어도 하나를 더 포함하는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 제어기가 상기 미리 설정된 파라미터의 파형을 기록하는 레이트(rate)는 상기 미리 설정된 파라미터의 특징 주파수의 2배 이상이고; 그리고/또는
상기 기록이 계속되는 시간의 길이는 파형의 주기 이상인,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파형을 분석하는 단계는:
시간 도메인 또는 주파수 도메인에서 상기 파형을 분석하는 단계를 포함하는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파형을 분석하기 위한 기준 데이터는: 클라우드 서버에 저장된 표준 파형 데이터, 상기 인버터에 의해 송신된 다른 파형, 상기 인버터에 의해 이전에 송신된 파형 데이터, 및 다른 인버터에 의해 송신된 파형 데이터 중 적어도 하나를 포함하는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파형을 분석한 후에 상기 외부 디바이스에 의한 분석에 기초하여 상기 제어기에 명령을 송신하고, 상기 인버터를 제어하는 단계를 더 포함하는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제14 항에 있어서,
상기 명령은 동작 파라미터를 시작하는 것, 상기 동작 파라미터를 중단하는 것, 그리고 상기 동작 파라미터를 조절하는 것 중 하나를 표시하는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기록된 파형을 송신하는 단계는, 상기 파형을 디스플레이하고 그리고/또는 상기 파형을 분석하기 전에 적어도 2번 수행되는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제14 항에 있어서,
상기 미리 설정된 파라미터의 파형을 기록하기 전에, 상기 외부 디바이스에 의해 상기 제어기에 명령을 송신하고 상기 인버터를 설정하는 단계를 더 포함하는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제17 항에 있어서,
상기 인버터를 제어한 후에, 상기 미리 설정된 파라미터의 파형을 기록하는 단계가 반복되는,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 디바이스는 원격 서버, 클라우드 서버 또는 모바일 디바이스인,
광발전 시스템의 교류 전류 측에서 고장을 식별하기 위한 방법. - 인버터로서，
1차 회로; 및
제어기를 포함하며,
상기 1차 회로의 직류 전력 포트는 광발전 시스템의 광발전 어레이를 직접적으로 또는 간접적으로 접속하도록 구성되고, 상기 1차 회로의 교류 전력 포트는 교류 전력 그리드 또는 교류 전류 부하를 접속하도록 구성되며;
상기 1차 회로는 상기 제어기에 의해 제어되도록 구성되고; 그리고
상기 제어기는 외부 디바이스를 통신 가능하게 접속하도록 구성되고, 제1 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는,
인버터. - 제20 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 외부 디바이스에 의해 송신된 명령에 대한 응답으로 상기 인버터를 제어하도록 추가로 구성되는,
인버터. - 제20 항에 있어서,
상기 제어기는 유선 방식으로, 무선으로, 또는 전력 라인 캐리어를 통해 상기 외부 디바이스와 통신하도록 구성되는,
인버터. - 제20 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1차 회로는 DC-AC 변환 회로이거나; 또는
상기 1차 회로는 DC-AC 변환 회로, 및 상기 DC-AC 변환 회로의 상류(upstream)에 배열된 적어도 하나의 DC-DC 변환 회로를 포함하는,
인버터.
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