KR20240008583A - 동작 환경을 고려한 ai 기반 스마트 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동작 환경을 고려한 AI 기반 스마트 발전장치에 관한 것으로서, 상세하게는 상기 종래의 센트럴 구조에 스트링 구조의 장점을 결합한 스마트 구조로 멀티 MPPT 토폴로지, DC 지락 검출 및 차단 제어, Rapid shutdown 기술을 제공하되
상기 스마트 접속함 내부 회로(부품 포함)를 센싱하여 센싱한 값(저항, 전압 및 온도)을 외부환경의 온도 습도를 센싱한 값과 차이점을 고려하여 고장 원인을 진단하는 AI 기반 스마트 발전장치(접속함 포함)에 관한 것이다.

Description

동작 환경을 고려한 AI 기반 스마트 발전장치{Smart Solar power generation device}

본 발명은 동작 환경을 고려한 AI 기반 스마트 발전장치에 관한 것으로서, 상세하게는 상기 종래의 센트럴 구조에 스트링 구조의 장점을 결합한 스마트 구조로 멀티 MPPT 토폴로지, DC 지락 검출 및 차단 제어, Rapid shutdown 기술을 제공하되

상기 스마트 발전장치(접속함에 해당할 수 있음)내부 회로(부품 포함)를 센싱하여 센싱한 값(저항, 전압 및 온도)을 외부환경의 온도 습도를 센싱한 값과 차이점을 고려하여 고장 원인을 진단하는 AI 기반 스마트 발전장치(접속함 포함)에 관한 것이다.

태양광 발전 시스템에서 인버터는 태양광 패널에서 생산된 직류(DC) 전력을 교류(AC) 전력으로 변환하는 기능을한다. 인버터는 직류 입력 전력이 정상적인 동작에 필요한 일정 수준(Win-start) 이상이 되어야 작동을 시작하며

(기동), 최대 입력 전력(Win-max) 이상에서는 기기의 보호를 위해 정지한다. 최소 전력 이하의 입력(Win-min)에서는 운전을 정지한다. 여기서 (Win-min) 과 (Win-start) 의 값은 인버터에 따라 같을 수도 있고 다를 수도 있다.

인버터의 효율은 입력 전력 대비 출력 전력의 비로 표시되는데, 전 운전 범위에 걸쳐 항상 일정한 값이 아니며,도 1 에서와 같이 출력에 따라 변화한다. 인버터의 효율은 구조와 제어 방식에 따라 다르지만, 일반적으로 30%~ 80% 범위에서 가장 높다고 알려져 있다.

태양광 발전 시스템의 인버터는 태양광 패널 및 어레이와의 조합 형태에 따라 MIC(Module-Integrated Converter), 스트링(string), 멀티스트링(multi-string), 센트럴(central), 멀티 센트럴(multi-central) 인버터로 구분할 수 있다.

MIC는 각 패널 별 인버터를 부착하는 형태로 별도의 DC 라인 배선이 필요치 않아 설치가 용이하며, 그림자나 설치 조건의 차이 등으로 인해 패널간 일조 조건이 상이할 때에도 최대 에너지 수확(Harvest)이 가능하다는 장점이 있으나, 대용량 구현 시 비용 부담이 크고 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.

가정용을 포함한 BIPV(Buildingintegrated Photovoltaics) 등 소형 시스템에서 패널 배치의 유연성 및 확장성 등의 장점을 기반으로 보급되기 시작하였다.

상기 멀티스트링 태양광 발전시스템은 두 대의 인버터가 직류링크단에 병렬로 직접 연결되어, 항상 직류링크 전압을 공유하면서, 계통연계점에서 연결된다. 직류링크단을 공유하면 일사량이 낮은 수준에서 하나의 인버터만 운전하여 시스템의 발전효율을 높일 수 있다.

그러나, 일사량이 증가하여 각각의 인버터가 운전하게 되는 경우에는, 항상 DC버스가 공통으로 연결되어 있기 때문에, 하나의 어레이에서만 최대전력점을 추종하므로, 각각의 어레이에서 최대전력점을 추종하는 차이만큼 전체 효율이 낮아지게 되는 문제점이 있다.

도 3은 일반적인 계통연계형 멀티스트링 태양광 인버터 시스템의 구성도로서, 2레벨의 풀-브릿지(full0bridge)방식의 멀티스트링 태양광 인버터 시스템을 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 종래의 계통연계형 멀티스트링 인버터 시스템은, 태양광(PhotoVoltaic; PV) 어레이(110a, 110b), 3상의 인버터(120a, 120b), LCL 필터(130a, 130b) 및 계통(grid)(200)으로 구분된다.

멀티스트링 태양광 인버터 시스템에 가장 중요한 부분은 전력변환 효율인데, 도 1과 같은 시스템의 경우, 각각의 PV 어레이(110a, 110b)의 직류링크단(140a, 140b)이 병렬로 연결되어 항상 직류링크 전압을 공유한다.

즉, 위의 시스템에서는, 어레이 전체를 하나의 입력으로 사용하여 최대전력점을 추종하므로, 전체 효율이 낮아지는 문제점이 있다.

또한, 위의 시스템에서는, 하나의 인버터(100a 또는 100b)를 사용할 수 없는 경우에는 발전을 지속할 수 없는 문제점이 있다.

스트링 방식은 패널 직렬군당 DC/AC 인버터를 사용하는 방식으로 스트링 별 MPPT(maximum power pointtracking; 최대 출력점 추적) 제어가 가능하며, 부분적인 그늘에 대해 비교적 효과적으로 에너지 수확을 할 수 있으나, 대용량 발전소에 적용할 때는 인버터의 개수가 너무 많아 유지보수 비용이 증가하며, 인버터의 중앙 제어가 되지 않아 단독운전 방지와 같은 계통 보호 측면에서는 다소 부적합하므로, 중간 정도 용량의 태양광 발전시스템에 적합하다.

멀티스트링 방식은 패널 직렬군당 인버터 또는 DC/DC 컨버터를 사용하는 방식으로 스트링 방식과 센트럴 방식의 장점을 모아놓은 형태이나 2중의 전력변환기를 사용하므로 시스템의 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.

센트럴 방식은 모든 패널의 직, 병렬 조합으로 에너지 수확이 다소 낮다는 단점이 있으나 변환기의 효율이 우수하고, 출력 용량 대비 단가가 저렴하다는 장점이 있어 대용량 산업용 인버터 방식으로 주로 사용되고 있다. 이와 같은 센트럴 방식은 단일 인버터를 사용하므로 계통보호에 유리하며, 유지보수 비용이 적다는 장점은

있으나, 인버터 고장 시 전체 시스템이 작동하지 못하는 단점을 가지고 있다. 최근 이와 같은 단점을 보완하기 위한 방법으로 대용량 센트럴 인버터를 병렬 연결해 하나의 대용량 인버터 시스템을 구현하는 방식인 멀티 센트럴 방식이 많이 개발되고 있다.

멀티 센트럴 방식 인버터는 센트럴 방식의 인버터를 병렬 연결한 구조로, 발전 시스템 구성 시 1개의 인버터가 아닌 여러 대의 인버터로 구성된다. 일출, 일몰 및 흐린 날씨 등 태양광 에너지가 낮은 조건에서는 태양광 패널들에서 생산된 전력을 모아 특정 인버터만 구동시키고, 태양광 에너지가 많을 때에는 여러 개의 인버터를 모두가동시킴으로써 인버터가 최적 조건에서 동작하도록 하여 태양광 발전 설비의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 인버터들의 가동 시간이 동일하게 유지되도록 순차로 운전하여 인버터의 사용 수명을 연장하고, 하나의 인버터 고장이나 유지, 보수 시 다른 인버터를 높은 에너지 레벨로 운전 할 수 있어 에너지 손실을 줄일 수 있다는 장점이 있어 대규모 태양광 발전 시스템에 보급되기 시작하고 있다.

그러나, 멀티 센트럴 방식은 여러 개의 인버터와 태양광 패널들을 제어해야 하므로 시스템 구축 비용이 높아지고, 인버터 간 또는 인버터와 중앙 제어장치 간의 통신을 포함한 복잡한 제어 기능이 요구되므로 소형 태양광 발전 시스템에는 부적합하다는 단점이 있다.

상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명은 상기 종래의 센트럴 구조에 스트링 구조의 장점을 결합한 스마트 구조로 멀티 MPPT 토폴로지, DC 지락 검출 및 차단 제어, Rapid shutdown 기술을 적용한 DC 지락 검출 및 Rapid shutdown 일체형 태양광 스마트 멀티 접속함을 제공하되

상기 스마트 접속함 내부 회로(부품 포함)를 센싱하여 센싱한 값(저항, 전압 및 온도)을 외부환경의 온도 습도를 센싱한 값과 차이점을 고려하여 고장 원인을 진단하는 AI 기반 스마트 접속함을 제공하는 기술적 과제이다.

첨부도면에 의해 구성을 살펴보면,

스마트 접속함 내부 회로를 센싱하여 센싱한 값(저항, 전압 및 온도)을 외부환경의 온도 습도를 센싱한 값과 비교하여 서로 미리 설정한 설정값이면 회로에서 정상적으로 전력이 흐르고 있는 것으로 판단하고,

상기 스마트 접속함 내부 회로를 센싱하여 센싱한 값을 회로주변에 해당하는 외부환경의 온도와 습도(온습도라 칭함) 등을 센싱한 값과 비교하여 상기 회로의 센싱값이 미리 설정한(마이콤에 저장된 값) 값 허용범이 이상인 경우 회로에서 비정상적으로 전력이 흐르고 있다고 판단하여 통신망을 통해 관리자측에 위험정보를 전송하여 점검 하도록 하는 주변 동작 환경을 고려한 AI 기반 스마트 접속함에 관한 것이다.

첨부도면에 의해 구성을 살펴보면,(도 8,8 참조)

복수의 태양광(100)으로부터 인력되는 복수의 회로(a) 상기 복수의 회로(a)에 각각 결선되는 ,휴즈(200), MPPT제어부(120), 직류지락검출시스템(120),

래치 릴레이(121), 제어부(140)와 통신부를 구비된 접속함에 있어서

센트럴 구조에 스트링 구조를 결합하여 멀티 MPPT 토폴로지, DC 지락 검출 및 차단 제어, Rapid shutdown 기술을 적용한 구성이다

상기 복수의 태양광(100)으로부터 출력되는 복수의 회로(a), 상기 복수의 회로(a)의 각각의 출력부(a')에 상기 복수의 회로(a)에 흐르는 전력을 온오프하는 복수의 릴레이(121)의 입력부(121a)가 각각 연결되고

상기 복수의 릴레이(121)의 출력부(121b)는 복수의 회로(a)를 하나로 취합

하는 취합회로선(aa)을 통해 인버터를 지나 부하(f)로 출력되되 상기 취합회로선(aa)내지는 부하(f)에 누설전류측정기(g)에 의해 누설이 측정되게 하고, 상기 복수의 릴레이(121)의 입력부(121a)방향에 해당하는 복수의 회로(a)에 각각 복수의 우회회로(a100) 입력부(a101)을 각각 연결하고,

상기 복수의 우회회로(a100)의 출력단(a102)에 상기 복수의 우회회로(a100)을 하나로 취합하는 취합회로(a200)을 연결하되 상기 취합회로(a200)는 절연저항측정부(h)를 경유하여 인버터를 지나 부하로 출력되도록 하고,

상기 복수의 우회회로(a100)에 상기 복수의 우회회로(a100)를 온 오프하는 우회스위치(a300)를 각각 연결시킨 다음 검출부(i)를 통해 복수의 회로(a)에 흐르는 전력을 측정하여 측정된 측정값이 미리 설정된 전압범위 이내일 때 일몰 시간으로 판단하고

제어부(140)의 제어신호에 따라 복수의 릴레이(121)과 복수의 우회스위치(a300)를 온 상태에서 절연저항측정부(h)를 통해 측정하여 측정값이 미리 설정된 전압(절연저항 값) 범위내를 벗어날 때, 복수의 회로중 어느 회로(a)에 문제가 있는 것으로 판단하여

제어부(140)의 제어신호에 따라 상기 복수의 회로(a)에 결선된 복수의 릴레이(121)와 상기 복수의 우회회로(a100)에 각각 결선된 복수의 우회스위치(a300)를 각각 오프시킨 상태를 유지한 상태에서,

제어부(140)를 통해 복수의 우회스위치(a300)를 순차적으로 하나하나 설정시간 동안 온/오프'하는 과정에 상기 취합회로(a200)를 절연상태를 측정하는 절연저항측정부(h)를 통해 측정하여 측정값이 미리 설정된 전압(절연저항 값) 범위내를 벗어날 때, 전압 범위를 벗어난 회로(a)에 문제가 있는 것으로 판단하고 복수의 회로(a)중 문제가 있는 회로에 결선된 릴레이(121b)의 오프 상태를 유지시킨 상태에서 나머지 복수의 릴레이(121)를 온 시키도록 구성을 포함하고, 센트럴 구조에 스트링 구조를 결합하여 멀티 MPPT 토폴로지, DC 지락 검출 및 차단 제어, Rapid shutdown 기술을 적용한 구성이다

상기 나머지 복수의 릴레이(121)를 온 시키는 과정에 우회스위치(a300)를 선택적으로 온 오프 할 수 있다.

상기 누설전류측정기(g)를 통해 누설여부를 측정하여 누설이 발생하면 발전장치의 발전을 중지하고 이에 따른 조치를 취한다.

상기 절연저항측정에 관한 기술은 등록번호 10-1878449,10-1954924,

10-1371854호에 수록되어 있고 상기 누설전류측정기에 관한 기술은

등록번호 10-1803132,10-2112562호에 수록되어 있다.

그러므로 이 기술에 관한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 상술한 바와 같이 상기 종래의 센트럴 구조에 스트링 구조의 장점을 결합한 스마트 구조로 멀티 MPPT 토폴로지, DC 지락 검출 및 차단 제어, Rapid shutdown 기술을 적용한 DC 지락 검출 및 Rapid shutdown 일체형 태양광 스마트 멀티 접속함을 제공함으로서, 에너지 생산량 향상, 제조단가 절감, 용량에 대한 유연성 확보, 직류 계통에 대한 보호 개선에 효과가 있다.

상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명은 상기 종래의 센트럴 구조에 스트링 구조의 장점을 결합한 스마트 구조로 멀티 MPPT 토폴로지, DC 지락 검출 및 차단 제어, Rapid shutdown 기술을 적용한 DC 지락 검출 및 Rapid shutdown 일체형 태양광 스마트 멀티 접속함을 제공하되

상기 스마트 접속함 내부 회로를 센싱하여 센싱한 값(저항, 전압 및 온도)을 외부환경의 온도 습도를 센싱한 값과 비교하여 서로 미리 설정한 설정값이면 회로에서 정상적으로 전력이 흐르고 있는 것으로 판단하고,

상기 스마트 접속함 내부 회로를 센싱하여 센싱한 값이 회로주변에 해당하는 외부환경의 온도와 습도(온습도라 칭함) 등을 센싱한 값과 비교하여 상기 회로의 센싱값이 미리 설정한(마이콤에 저장된 값) 값 허용범이 이상인 경우 회로에서 비정상적으로 전력이 흐르고 있다고 판단하여 통신망을 통해 관리자측에 위험정보를 전송하여 점검하도록 하는 동작 환경을 고려한 AI 기반 스마트 접속함을 제공함으로서 기후 변화에 따라 스마트 접속함을 관리함으로 효과적인 관리가 이루어진다.

더 나가 본 발명은 일출전 누설전력을 측정함으로서 매우 낮은 전력이 흐르는 과정에 측정할 수 있고, 온 오프과정에 스파크 발생 확률이 낮다.

그로인해 우회스위치(릴레이 스위치에 해당)와 복수의 릴레이의 용량이 낮고 가격이 저렴한 릴레이를 이용할 수 있어 경제적으로 매우 효과적이다.

도 1은 본 발명의 동작 환경을 고려한 AI 기반 스마트 접속함의 블록도,
도 2,3,4,5,6은 본 발명의 태양광 발전 시스템의 전력비교장치에 대한 블록 구성도, 전력비교법을 설명하기 위한 플로우챠트, 태양전지 셀의 전력-전압 특성곡선도, 블록 구성도로서의 설명도.
도 7은 본 발명의 동작 환경을 고려한 AI 기반 스마트 발전장치의 블록도,
도 8은 본 발명의 동작 환경을 고려한 AI 기반 스마트 발전장치의 또
다른 블록도,
도 9는 도 8의 이해도
도 10은 본 발명의 래치 릴레이의 설명도

첨부한 도면에 의해 구성과 실시예를 살펴보면 다음과 같다.

스마트 발전장치 내부에 시설된 복수의 회로 각각의 센싱값과

회로주변에 해당하는 발전장치(필요에 따라 접속함이라 칭함)의 외부환경에 해당하는 온습도 등을 센싱한 값과 비교하여

상기 복수의 회로 각각이 미리 설정한 설정값 이상이고 상기 접속함의 온습도가 미리 설정한 허용공차값에 해당하면

회로에서 정상적으로 전력이 흐르고 있는 것으로 판단한다.

그러나 상기 복수의 회로 각각이 미리 설정한 설정값 이상이고 상기 접속함의 온습도가 미리 설정한 허용공차값 이상에 해당하면 회로에서 비정상적으로 전력이 흐르고 있다고 판단하여 통신망을 통해 관리자측에 위험정보를 전송하여 점검 하도록 하는 동작 환경을 고려한 AI 기반 스마트 접속함에 관한 것이다.

상기 접속함의 주변환경(고온다습한 환경)이 상기 접속함이 감당할 수 없을 정도로 문제가 있는 것으로 판단되면 접속함의 외부환경을 점검하도록 통신부를 통해 관리자측에 위험정보를 전송하여 점검하도록 하는 동작 환경을 고려한 AI 기반 스마트 발전장치(접속함 포함)에 관한 것이다.

상기 접속함(40)의 주변환경(고온다습한 환경)에 문제가 있는 것으로 판단되면 접속함의 위치를 변경할 수 있다.

예를들어, 접속함(40)이 통풍이 잘될 수 있는 장소 내지는 설치방향을 변경할 수 있다.

본 발명은, 접속함(A40)의 복수의 회로(A10)의 온도값(온도센서에 의해) 내지는 저항, 전압 측정과 상기 접속함 내부 온도(온도센서에 의해)와 습도(습도센서)를 측정하는 측정부(A20)와,

상기 측정부를 통해 측정한 측정값을 연산처리하고 제어하는 제어부(A30),

상기 접속함(A40) 외부에서 상기 접속함(A40)의 내부 온도와, 습도값에 해당하는 값을 감지(센싱)하는 온도센서모듈(A50)과, 습도센서모듈(A51)이 상기 제어부(A30)와 연동되도록 한 상태에서,

상기 측정부(A20)를 통해 접속함(A40)내부에 각각 구성된 복수의

회로(A10)중 어느 하나의 회로(A10)에서 저항, 전압값이 미리 설정한 설정값 이상 일 경우 접속함(A40)의 내부 온도, 습도값과 비교하여

상기 접속함(A40) 내부 온도, 습도값이 미리 설정된 설정(온도, 습도)값 이상일 경우 접속함(A40) 외부환경에 문제가 있는 것으로 판단하고 제어부(A30)는 통신부(A50)를 통해 관리자측에 문제원인을 전송하는 구성을 특징으로 한다.

상기 측정부(A20)는 회로(A10)에서 발생하는 온도값, 저항, 전압값을 감지하고,

상기 온도센서모듈(A50)과, 습도센서모듈(A51)은 접속함(A40)의 주변 온도와 습도값을 감지하며

제어부(A30)는 측정부(A20),온도센서모듈(A50)과, 습도센서모듈(A51)이 연동되어 제어한다.

본 발명은 계절에 따라 접속함(A40)의 환경이 다르므로 그로인한 제어를 감안하여 프로그램을 설정한다.

그리고 계절별로 미리 설정한 데이터값과 측정부(A20)를 통해 읽어들인 값과 비교하여 자동(ai)으로 외부환경 여부를 판단할 수 있다.

본 발명에서 예를들어, 외부환경의 온도가 30℃이고 습도는 50%인 경우와 온도가 40℃이고 습도는 80%일때와 회로(A10)의 온도값이 다르게 측정된다.

그렇기 때문에 외부환경의 온도 습도가 높을 경우 회로의 온도(A10)가 높더라도 설정온도 범위면 정상으로 판단한다.

상기 외부환경은 접속함의 내부와 외부를 말한다.

ai 설정 확습은, 상술한 바와 같이 상기 스마트 접속함 내부에 시설된 복수의 회로 각각의 센싱값과

회로주변에 해당하는 접속함의 외부환경에 해당하는 온습도 등을 센싱한 값과 비교하면서 이 데이터값을 지속적으로 확습 및 저장(기역)하여 설정데이터값으로 하거나 임시 저장할 수 있다.

상기 임시저장된 자료가 서버로부터 전송받는 자료보다 우선 사용됨을 특징으로 한다.

상기 온습도의 설정값이 등록된 자료에 따라, 응답을 결정하여 출력하여 현재 각각의 회로 및 부품에서 출력되는 측정값과 비교한다.

또 다른 구성은, 복수의 태양광(100)으로부터 인력되는 복수의 회로(a) 상기 복수의 회로(a)에 각각 결선되는 ,휴즈(200), MPPT제어부(120), 직류지락검출시스템(120),

래치 릴레이(121), 제어부(140)와 통신부(150)를 구비된 접속함을 제공한다.

태양광 발전 시스템의 MPPT 제어법은 크게 전력비교법과 일정전압제어법을 이용한 방식으로 나눌 수 있다

이때, 상기한 MPPT 제어방법 중 전력비교법은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 결정질 실리콘(단결정,다결정)이나, 비정질 실리콘 및 화합물 반도체 등과 같으로 구성되어 광 기전력을 전기 에너지로 변환시켜 주는 태양전지 셀(1)에서 아날로그 신호로 출력되는 전류 및 전압을 각각 변류기(2)와 전압검출기(4)를 통해 실시간

으로 샘플링 검출(S1)한 다음, 이를 제 1 및 제 2 A/D 변환기(5)(6)를 통해 디지털 신호로 변환시킨 후 전력 연산부(7)에 출력시켜 주므로 상기 전력 연산부(7)에서 이들 전류 및 전압을 통해 전력을 연산하고 이를 기억(S2)한다.

이후, 상기 이전 셀 전력 검출부(8)와 현재 셀 전력 검출부(9)에서 상기 전력 연산부(7)의 출력신호를 입력받아 이전 셀의 전력(Old Cell Power; OP)과 현재 셀의 전력(New Cell Power; NP)을 검출하여 현재 및 이전 전력 비교기(10)로 전달하게 되면 상기 현재 및 이전 전력 비교기(10)에서는 이들을 상호 비교하여 현재의 셀 전력(NP)이 이전의 셀 전력(OP)보다 큰지를 검출(S3)하게 된다.

그 결과 현재의 셀 전력이 이전의 셀 전력보다 크면(NP>OP ; S3에서 Yes) 그 상태에서의 현재 셀 전압(New Cell Voltage; NV)과 이전 셀 전압(Old Cell Voltage; OV)을 비교하는 제 1 현재 및 이전 전압 비교기(11)로 전달하게 되고, 현재의 셀 전력(NP)이 이전의 셀 전력(OP)보다 적으면(S3에서 No) 그 상태에서의 현재 셀 전압(NV)과 이전 셀 전압(OV)을 비교하는 제 2 현재 및 이전 전압 비교기(12)로 전달하게 된다.

그러므로 상기 제 1 및 제 2 현재 및 이전 전압 비교기(11)(12)에서는 각각의 상태에서 현재 셀 전압(NV)과 이전 셀 전압(OV)을 비교(S4)(S5)하여 그 결과에 따라 전압 가산부(13)와 전압 감산부(14)에 각각의 비교 결과치를 출력해 주게 된다.

따라서, 상기 전압 가산부(13)에서는 상기 제 1 및 제 2 현재 및 이전 전압 비교기(11)(12)의 출력값에 따라 현재 입력된 값보다 1샘플링 전에 측정되어 저장된 전압값(Vd)에 전압 변화량(△V)을 가산(S6)하여 주게 되는데,

예를 들어 NP가 OP 보다 크고(S3에서 Yes) NV가 OV보다 크면(S4에서 Yes) 현재 입력된 값보다 1샘플링 전에 측정되어 저장된 전압값(Vd)에 전압 변화량(△V)을 가산하여 그 결과값을 기준전압 발생부(15)로 출력시켜 주고,

또 NP가 OP 보다 작고(S3에서 No) NV가 OV보다 작으면(S5에서 NO) 현재 입력된 값보다 1샘플링 전에 측정되어 저장된 전압값(Vd)에 전압 변화량(△V)을 가산하여 그 결과값을 기준전압 발생부(15)로 출력시켜 주게 된다.

또한, 상기 전압 감산부(14)에서는 상기 제 1 및 제 2 현재 및 이전 전압 비교기(11)(12)의 출력값에 따라 현재 입력된 값보다 1샘플링 전에 측정되어 저장된 전압값(Vd)에서 전압 변화량(△V) 만큼을 감산(S7)하여 주게 되는데, 예를 들어 NP가 OP 보다 크고(S3에서 Yes) NV가 OV보다 작으면(S4에서 No) 현재 입력된 값보다 1샘플링 전에 측정되어 저장된 전압값(Vd)에서 전압 변화량(△V) 만큼을 감산하여 그 결과값을 기준전압 발생부(15)로 출력시켜 주고, 또 NP가 OP 보다 작고(S3에서 No) NV가 OV보다 크면(S5에서 Yes) 현재 입력된 값보다 1샘플링 전에 측정되어 저장된 전압값(Vd)에서 전압 변화량(△V) 만큼을 감산하여 그 결과값을 기준전압 발생부(15)로 출력시켜 주게 된다.

따라서, 상기 기준전압 발생부(15)에서는 상기 전압 가산기(13) 및 전압 감산기(14)에서 출력되는 전압을 근거로 하여 새로운 기준전압을 발생(S8)시키게 되므로 이를 입력받은 감산기(16)에서는 상기 기준전압에 전압 검출기(15)에서 출력되는 현재의 태양전지 셀(1)의 출력전압을 감산하여 오차를 산출(S9)한 후 그 결과값을 PI 제어기(17)로 전달하게 된다.

그러므로 상기 PI 제어기(17)에서는 이와 같은 오차값에 부응하는 제어신호를 펄스 폭 변조(PWM) 신호 발생기(3)로 출력(S10)시켜 주게 되므로 상기 PWM 신호 발생기(3)에서 출력되는 제어신호의 펄스 폭이 이에 상응하여 실시간으로 변화되어 DC/DC 컨버터(18)에 출력(S11)되므로 상기 태양전지 셀(1)에서 출력되는 전압을 입력받아각 부하에 공급시켜 주는 상기 DC/DC 컨버터(18)에서 출력되는 직류전압이 매순간 변화되는 태양전지 셀(1)의 전압 및 전류의 변화에 부응하여 최대출력 점을 추종하여 실시간으로 공급(S12)시켜 줄 수 있는 것이다.

한편, 도 4은 태양전지 셀의 전력-전압 특성곡선을 도시한 것으로, MPPT 제어가 시작되는 <29> 점을 0(P0,V0)라 하고,점 1은 (P1,V1), 점 2는 (P2,V2), 점 3은 (P3,V3)라 할 때, 점 0에서는 최대전력을 추종하기 위해 V는 증가(+), P

역시 증가(+)하게 되고, 과정 (0→1) 다시 과정 2(1→2)를 보게 되면 V는 증가(+)하는데 P가 감소(-)하게 되어 최대값을 추종하기 위해서는 △V(전압변화량)가 감소(-)가 되어야 한다.

또, 과정 2에서 3(2→3)이 되면 V는 감소(-)하고, P는 증가(+)하지만 다시 최대값 추종을 위해 △V는 (-)가 되어야 하고, 과정 3을 지나게 되면(최대점을 지나서 반대쪽) V는 감소(-), P역시 감소(-)하므로 △V는 (+)가 되어야 한다.(과정4) (여기서 제어요소는 전압V와 전력P = 전류I)

직류지락검출시스템(120)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 전원공급부(53)로부터 전원을 입력받아 동작하는 클럭발생부(50)에 의해 기준 클럭(clock)이 발생되고, 상기 발생된 기준클럭이 검출신호 발생부(52)에 입력됨 에 따라 검출신호 발생부(110)에서 저주파의 AC 검출신호를 발생하여 직류전원 공급 선로의 P선(+), N선(-), G 선에 각각 실어 송출될 수 있도록 한 후, 상기 송출된 검출신호를 소정 개소의 각 부하마다 혹은 각 회선별로 장치된 검출센서(51)에서 감지하여 지락검출부(54)로 전송함에 따라 전류검출부와 마이콤과 표시부 및 메모리 등(미도시)을 구비한 상기 지락검출부(54)에서 지락사고의 발생여부를 판단하여 운영자에게 알릴 수 있도록 구 성되어 있다.

상기 래칭 릴레이(RL1)는 이중코일(Dual Coil) 및 적어도 하나 이상의 3로 스위칭의 기계적 접점을 가지는 것이 접점을 병렬연결하여 접점용량을 증가시키는데에 바람직하며,

3로 스위칭의 기계적 접점은 이중코일의 어느 하나를 여자시키는 셋(SET)신호와 리셋(REST)의 릴레이신호에 의해 확실하게 개폐시킬 수 있다.

또한, 상시 구동전원 없이 개폐상태를 유지할 수 있는 이중코일의 래칭 릴레이(RL1)를 사용함으로써, 정전이 되거나 전원장치가 고장이 나도 래칭 릴레이가 스스로 개폐되는 일이 없어져 화재 등의 안전사고가 예방된다.

래칭 릴레이(RL1)는(도 4참도) 이중코일(Dual Coil) 및 적어도 하나 이상의 3로 스위칭의 기계적 접점을 가지는 것이 접점을 병렬연결하여 접점용량을 증가시키는데에 바람직하며, 3로 스위칭의 기계적 접점은 이중코일의 어느 하나를

여자시키는 셋(SET)신호와 리셋(REST)의 릴레이신호에 의해 확실하게 개폐시킬 수 있다. 또한, 상시 구동전원 없이 개폐상태를 유지할 수 있는 이중코일의 래칭 릴레이(RL1)를 사용함으로써, 정전이 되거나 전원장치가 고장이 나도 래칭 릴레이가 스스로 개폐되는 일이 없어져 화재 등의 안전사고 예방된다.

또한, 포토커플러(OP1)는 게이트 드라이브 신호를 외부 구동전원 공급없이 직류전원(H/V INPUT & H/V OUTPUT)으로 동작시킬 수 있는 광전지출력 기능이 있는 포토커플러(OP1)인 것이 바람직하다. 일반적인 포토커플러와 달리, 광전지출력 포토커플러(OP1)는 절연된 출력측에서 반도체 스위칭 소자(Q1)를 턴온 시킬 수 있는 전압과

전류가 자체 생성되어, 반도체 스위칭 소자(Q1)를 외부 구동전원이 없이 구동시키게 된다. 따라서, 정전이 되거나 전원장치가 고장이 나도 반도체 스위칭 소자(Q1)를 제어할 수 있게 되고, 이에 따라, 반도체 스위칭 소자(Q1)의 병렬 다중입력 보호회로가 부가된 직류전원 단로기(100)를 신뢰성 높게 작동시킬 수 있다.

도 6은 직류전원 단로기(100)의 각 구성부의 동작 타임 챠트를 나타낸 것으로, 도 3(a)는 제어장치의 소자 제어신호(B/P1)에 의해 동작하는 반도체 스위칭 소자(Q1)의 동작시간 타임챠트, 도 (3b)는 반도체 스위칭 소자(Q1)가 소정시간 동작하는 동안 래칭 릴레이(RL1)의 기계적 접점의 동작시간 타임챠트, 도 3(c)는 반도체 스위칭 소자(Q1)가 동작하고, 이때, 래칭 릴레이(RL1)가 동작할 때, 래칭 릴레이(RL1)의 기계적 접점부에 인가되는 직류전압을 도식적으로 나타낸 것이다.

상기 래칭 릴레이 등에 관한 기술을 공개번호 10-2017-0113836호 상세하게 설명되어 있다.

제어는, 도시된 바와 같이, 직렬 연결된 전력송출부(11)들을 적어도 2개 이상으로 소집단화한 전력송출부(11) 소집단들(SG1)~(SGn)과, 상기 전력송출부(11) 소집단들 (SG1)~(SGn)의 전압과 전류를 측정하여 전력을 계측하는 전력측정수단(13) 및 전력계측값 (P1)~(Pn)과, 상기 각 전력송출부(전력생산부 포함) 소집단들(SG1)~(SGn)의 근접 장소에 설치된 일사량 측정센서(14) 및 계측된 정보량(L1)~(Ln)과, 정해진 시간 간격으로 상기 각 전력송출부 소집단(SG1)~(SGn) 끼리의 전력 계측값(P1~Pn)을 비교하여 불평형 상태인 경우 비정상으로 판단하고,

또한, 전력송출부(11) 소집단(SG1)의 전력계측값(P1)과 해당 장소에서 계측된 정보값(L1)에 전력송출부(11) 소집단(SG1)의 면적을 보정한 전력량(Pc)과 비교하여 전력송출부 소집단(SG1)~(SGn)들의 동작상태 및 열화를 판단하고 처리하는 제어부(20)와,

상기 제어부(20)에서 각 전력송출부(11) 소집단(SG1)~(SGn)들의 동작상태 및 열화상태의 경보메시지 및 데이터를 무선통신 모듈(30)을 통하여 원격지 통신(40)으로 송신하는 통신수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

전력송출부 소집단(SG1)은, 소정의 전압을 얻기 위해 직렬로 연결한 복수개의 입력부(11) 및 회로(12)과,

상기 회로(12)으로부터 전압을 측정하고, 전류를 측정하기 위해 상기 회로(12)의 어느 한 선에 연결된 표준저항(미도시)과, 상기 표준저항으로부터 전류에 비례하는 전압 측정선을 구비하는 전력송출부 소집단(SG1)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

전력송출부(11)들은 전력송출부(11)로부터 입력되는 전압, 전류, 누설전류등이 서로 다른값으로 회로에 입력될 수 있다

전력송출부 소집단(SG1)의 전력측정수단(13)은, 상기 전력송출부 소집단(SG1)의 회로(12)에서 인출되는 전압 및 전류 측정선으로부터 전압을 주기적으로 계측하여 A/D변환하고,

고유 식별번호를 부여하고, 디지탈로 변환된 전류 및 전압값과 고유 식별번호를 정해진 주기에 따라 제어부(20)에 송출하여 연산장치에서 입력된 프로그램의 계산식에 의해 전력값으로 환산하여 저장하는 전력측정수단(13)으로 이루어진다.

또, 제어부(마이크로프로세서)는, 상기의 전력측정수단(13)으로부터 A/D변환된 전류 및 전압에 해당하는 디지탈값과 고유식별번호, 일사량측정기로부터 일사량을 수신하는 인터페이스(미도시)와,

상기 인터페이스로부터 수신된 고유식별번호의 디지털 전압/전류 측정값 및 일사량 측정값을 기억장치에 저장하고, 각 전력송출부 특성 및 크기에 따른 상수를 적용하여 전력량을 보정 계산하여 연산처리한다.

전력송출부 회로의 전력송출부(11)환경, 설치개수 및 연산 프로그램 등을 입력하는 키입력부와, 키 입력값 및 연산처리결과 등을 표시하는 LCD 모니터와, 프로그램 및 데이터를 저장하는 기억장치를 구비하는 제어부(20)로 구성된다.

통신수단은, 상기 제어부(20)의 연산처리결과가 비정상으로 판단되는 경우에는 WAP을 이용하여 관리자나 사용자의 이동 통신단말기(40)에 전송하는 무선 모듈(30)과,

상기 무선모듈(30)과 기존 이동통신 통신망을 통하여 원격지의 관리자나 사용자의 이동통신 단말기(40)로 전력송출부 회로의 고유번호와 비정상 상태에 대응하여 정해진 경보문자 및 기억장치에 저장된 측정데이터를 원격지의 관리자나 사용자에게 전송하는 것으로 어느 전력송출부 회로등 이상상태인가를 원격지에서 알 수 있게 해준다.

이러한, 원격감시 시스템의 능동적인 작동을 간략하게 설명하면, 원격감시를

원하는 관리자나 사용자가 이동통신 단말기에 설치되어 있는 응용프로그램을 구동하여 제어부(20)에 접속하고, 제어부(20)로 상태확인 요청을 전송하면, 제어부(20)는 관리자나 사용자로부터의 상태확인 요청에 의하여 추출된 현재 또는 과거의 결과를 관리자나 사용자의 이동통신 단말기로 전송해준다.

본 실시예에서는 제어부(20) 및 관리자나 사용자의 이동통신 단말기에 설치되어, 양 장비 사이의 무선 데이터통신을 가능하게 하는 WAP(무선 응용 프로토콜)을 이용함으로써, 별도의 장비없이, 원격감시를 수행할 수 있다.

WAP는 하나의 통신에뮬레이터의 역할을 하는 것으로, 미리 정해진 프로토콜에 따라, 상대방으로부터 수신 복조된 신호를 의미 있는 정보로 변환하는 역할을 하여, 이동통신 단말기로 원격지에 있는 전력송출부 소집단의 이상상태를 감시할 수 있게 해준다.

Claims (5)

1. 복수의 태양광(100)으로부터 인력되는 복수의 회로(a) 상기 복수의 회로(a)에 각각 결선되는 ,휴즈(200), MPPT제어부(120), 직류지락검출시스템(120),
   래치 릴레이(121), 제어부(140)와 통신부(150)를 구비된 접속함에 있어서,
   
   복수의 회로(A10)의 온도값(온도센서에 의해) 내지는 저항, 전압을 측정하는 측정부(A20)와, 제어부(A30)를 통해 접속함(A40) 내부에 시설된 복수의 회로(A10)의 온도값 내지는 저항, 전압을 연산처리하고 제어하는 제어부(A30),
   
   상기 접속함(A40) 외부에서 상기 접속함(A40)의 내부 온도와, 습도값에 해당하는 값을 감지(센싱)하는 온도센서모듈(A50)과, 습도센서모듈(A51)이 상기 제어부(A30)와 연동되도록 한 상태에서,
   
   상기 측정부(A20)를 통해 접속함(A40)내부에 각각 구성된 복수의
   회로(A10)중 어느 하나의 회로(A10)에서 온도값 내지는 저항, 전압값이 미리 설정한 설정값 이상 일 경우 접속함(A40)의 내 외부 온도 습도값과 비교하여
   
   상기 접속함(A40) 내 외부 온도 습도값이 미리 설정된 설정(온도, 습도)값 이상일 경우 접속함(A40) 외부환경에 문제가 있는 것으로 판단하고 제어부(A30)는
   
   상기 제어부(140)의 제어신호에 따라 복수의 회로(a)를 절연저항측정부(h)를 통해 측정하여 측정값을 모니터링하는 동작 환경을 고려한 AI 기반 스마트 발전장치.
   
2. 복수의 태양광(100)으로부터 인력되는 복수의 회로(a) 상기 복수의 회로(a)에 각각 결선되는 ,휴즈(200), MPPT제어부(120), 직류지락검출시스템(120),
   래치 릴레이(121), 제어부(140)와 통신부를 구비된 접속함에 있어서
   센트럴 구조에 스트링 구조를 결합하여 멀티 MPPT 토폴로지, DC 지락 검출 및 차단 제어, Rapid shutdown 기술을 적용한 구성이다
   
   상기 복수의 태양광(100)으로부터 출력되는 복수의 회로(a), 상기 복수의 회로(a)의 각각의 출력부(a')에 상기 복수의 회로(a)에 흐르는 전력을 온오프하는 복수의 릴레이(121)의 입력부(121a)가 각각 연결되고
   
   상기 복수의 릴레이(121)의 출력부(121b)는 복수의 회로(a)를 하나로 취합
   하는 취합회로선(aa)을 통해 인버터를 지나 부하(f)로 출력되되 상기 취합회로선(aa)내지는 부하(f)에 누설전류측정기(g)에 의해 누설이 측정되게 하고, 상기 복수의 릴레이(121)의 입력부(121a)방향에 해당하는 복수의 회로(a)에 각각 복수의 우회회로(a100) 입력부(a101)을 각각 연결하고,
   
   상기 복수의 우회회로(a100)의 출력단(a102)에 상기 복수의 우회회로(a100)을 하나로 취합하는 취합회로(a200)을 연결하되 상기 취합회로(a200)는 절연저항측정부(h)를 경유하여 인버터를 지나 부하로 출력되도록 하고,
   
   상기 복수의 우회회로(a100)에 상기 복수의 우회회로(a100)를 온 오프하는 우회스위치(a300)를 각각 연결시킨 다음 검출부(i)를 통해 복수의 회로(a)에 흐르는 전력을 측정하여 측정된 측정값이 미리 설정된 전압범위 이내일 때 일몰 시간으로 판단하고
   
   제어부(140)의 제어신호에 따라 복수의 릴레이(121)과 복수의 우회스위치(a300)를 온 상태에서 절연저항측정부(h)를 통해 측정하여 측정값이 미리 설정된 전압(절연저항 값) 범위내를 벗어날 때, 복수의 회로중 어느 회로(a)에 문제가 있는 것으로 판단하여
   
   제어부(140)의 제어신호에 따라 상기 복수의 회로(a)에 결선된 복수의 릴레이(121)와 상기 복수의 우회회로(a100)에 각각 결선된 복수의 우회스위치(a300)를 각각 오프시킨 상태를 유지한 상태에서,
   
   제어부(140)를 통해 복수의 우회스위치(a300)를 순차적으로 하나하나 설정시간 동안 온/오프'하는 과정에 상기 취합회로(a200)를 절연상태를 측정하는 절연저항측정부(h)를 통해 측정하여 측정값이 미리 설정된 전압(절연저항 값) 범위내를 벗어날 때, 전압 범위를 벗어난 회로(a)에 문제가 있는 것으로 판단하고 복수의 회로(a)중 문제가 있는 회로에 결선된 릴레이(121b)의 오프 상태를 유지시킨 상태에서 나머지 복수의 릴레이(121)를 온 시키도록 구성을 포함하고, 센트럴 구조에 스트링 구조를 결합하여 멀티 MPPT 토폴로지, DC 지락 검출 및 차단 제어, Rapid shutdown 기술을 적용한 구성이다
   
3. 제 1항에 있어서,
   접속함 내부에 시설된 복수의 회로 각각의 센싱값과 회로주변에 해당하는 접속함의 외부환경에 해당하는 온습도 등을 센싱한 값과 비교하여
   상기 복수의 회로 각각이 미리 설정한 설정값 이상이고 상기 접속함의 온습도가 미리 설정한 허용 공차값에 해당하면
   회로에서 정상적으로 전력이 흐르고 있는 것으로 판단하고
   
   상기 복수의 회로 각각이 미리 설정한 설정값 이상이고 상기 접속함의 온습도가 미리 설정한 설정값 허용 공차값 이상에 해당하면 회로에서 비정상적으로 전력이 흐르고 있다고 판단하여 통신망을 통해 관리자측에 위험정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 동작 환경을 고려한 AI 기반 스마트 발전장치.
   
   
4. 제 1항에 있어서,
   접속함 내부에 시설된 복수의 회로 각각의 센싱값과
   회로주변에 해당하는 접속함의 외부환경에 해당하는 온습도를 센싱한 값과 비교하면서 이 데이터값을 지속적으로 학습 및 임시저장 하여
   상기 임시저장된 자료가 서버로부터 전송받는 자료보다 우선 사용됨을 특징으로 하는 동작 환경을 고려한 AI 기반 스마트 발전장치.
   
   
5. 제1항에 있어서,
   래치 릴레이(RL1)는 이중코일(Dual Coil) 및 적어도 하나 이상의 3로 스위칭의 기계적 접점을 가지는 것이 접점을 병렬연결하여 접점용량을 증가시키는데에 바람직하며, 3로 스위칭의 기계적 접점은 이중코일의 어느 하나를 여자시키는 셋(SET)신호와 리셋(REST)의 릴레이신호에 의해 확실하게 개폐시킬 수 있는 구성을
   특징으로 하는 DC 지락 검출 및 Rapid shutdown 일체형 태양광 스마트 멀티
   발전장치.