WO2015009089A1 - 태양광 발전시설의 종합보호 시스템 - Google Patents

태양광 발전시설의 종합보호 시스템 Download PDF

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WO2015009089A1
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power
control panel
power generation
connection control
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PCT/KR2014/006521
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송영철
임정수
김찬용
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(주)에이치에스쏠라에너지
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    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • photovoltaic power generation system In general, photovoltaic power generation system is actively being researched and developed in advanced countries as a solution to global environmental problems and diversification of future energy sources due to the pollution-free and indefiniteness of solar energy.
  • Such a photovoltaic power generation system is a stand-alone power generation system that stores generated power in a storage battery and supplies power at a necessary time according to a method of using generated power, and a grid-connected type that supplies generated power to a load and supplies surplus power to the grid. It is divided into power generation system.
  • the grid-connected power generation system includes a plurality of solar cell modules 10 including a plurality of solar cell strings 20 connected in series and outputted from solar cell strings. It includes a connection panel 40 for merging and outputting DC power, an inverter 50 and a transformer 60 for converting the DC power output from the connection panel 40 to AC power and supplying it to a load or a commercial system. do.
  • the connection panel 40 is provided with a fuse, a non-return diode, a current transformer, etc. to improve the distribution efficiency and the safety function.
  • the present invention has been made to solve the above problems, it is possible to control each of the solar cell modules individually or comprehensively to ensure the safety of the operator while overcurrent, ground fault, reverse algae for the protection of the linkage system It aims to provide a comprehensive protection system for photovoltaic power generation facilities that can be monitored and controlled.
  • the present invention provides a solar array comprising a plurality of string strings of at least one group connected to each other in series; A connection control panel in which strings are connected in parallel; An inverter and a transformer connected to the rear of the connection control panel; An inlet distribution panel connected to the rear of the transformer and connected to a power supply inlet line while supplying electric power generated at an end load; A module link device mounted at each of the solar cell module output terminals, wherein the module link device checks the generated power of the solar cell module and bidirectionally communicates with the access control panel, and supplies power of the corresponding solar cell module according to the control of the access control panel. It provides a comprehensive protection system of photovoltaic power generation facilities, characterized in that it can selectively block the.
  • the incoming switchboard is equipped with a power supply breaker and a power generation breaker that can cut off the power supply lead-in line and the power generation line by the control of the connection control panel, and the connection control panel detects and supplies AC voltage, AC current and ground fault in the incoming distribution board. Power breakers and generator breakers can also be controlled.
  • the measured DC current / voltage and AC current / voltage are input to the main control logic through the measurement module to obtain the generated power, power consumption, and AC frequency data.
  • Data measuring the state of power generation breaker and power supply breaker is input to main control logic through parking short circuit status monitoring logic,
  • the control output signal of the main control logic is sent to the output control module, which can be output through the link control module for controlling the module link device and the breaker control module for controlling the breaker.
  • the monitoring data of the temperature sensor, the arc sensor and the gas sensor may be input to the main control logic through the fire sign determination logic module, and the sunshine sensor for monitoring the amount of sunshine may be input through the module link state monitoring logic.
  • main control logic may further include an interface module for control input, measured value output, status display and external communication.
  • the apparatus may further include a monitoring device connected to the access control panel to output a monitoring state or a control state, and may further include an integrated management server for integrally managing the photovoltaic power generation system remotely by communicating with the monitoring device or the access control panel. .
  • the present invention can protect the overcurrent, ground fault, reverse current as well as fire monitoring of the photovoltaic power generation facilities, and control the power system connection of the photovoltaic power generation facilities through the parking short circuit and protection coordination There is an advantage of obtaining data for maintenance in real time.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a solar system according to the prior art
  • FIG. 2 is a block diagram showing a comprehensive protection system of a solar power plant according to the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram showing the module linkage device of FIG.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating the connection control panel of FIG. 2.
  • connection control panel 150 has the same position on the grid as in the related art.
  • a fuse, a non-return diode, a current transformer, and the like are used to improve power distribution efficiency and safety functions.
  • it collects electricity quantity and solar cell data, detects accidents by connecting with various sensors, and performs DC low voltage maintenance and interlocking system blocking in case of maintenance or accidents.
  • module link device 120 will be described in detail.
  • the module link device 120 further includes a blocking controller 126 for controlling the first circuit breaker 127a to cut off power on the power input / output terminal 121 line 122.
  • the first circuit breaker 127a is to be energized or disconnected by the A contact method, and selectively cuts off the power supply under the control of the connection control panel 150 when maintenance or abnormality occurs.
  • the first circuit breaker 127a and the blocking controller 126 can be blocked not only by a control signal by comfort but also by a digital signal in an emergency. That is, in case of urgent need due to fire, over current, ground fault, etc., the digital input unit 128 provided in the module link device 120 transmits a signal through the digital port according to the control of the connection control panel 150. It is controlled by the central processing unit (124).
  • the first circuit breaker 127a is used as a breaker by the A contact method
  • the second circuit breaker 127b is configured as a circuit breaker by the B contact method so that the first circuit breaker 127a is disconnected and the second circuit breaker 127b is To be connected.
  • the connection control panel 150 is a place where the power line 132 and the signal line 134, etc. generated in the solar arrays 140 are connected, and at least one string 130 is connected in parallel.
  • the comfort signal line or the digital port signal line extending from the module link device 120 is connected. Therefore, it receives and analyzes the voltage or current data of the generated power delivered through the comfort signal line and the solar cell data, and in the event of an abnormality or maintenance, it sends out a signal to block power generation.
  • the facility to which the photovoltaic power generation system is applied is a system to supply main power from the power generation line 181, and when the power used at the end load is insufficient for power generation, the power supply line is supplied from the power supply line 183.
  • the inlet distribution board 180 connects both the power supply inlet line 183 and the power generation line 181 to provide a smooth power supply according to the amount of power used at the end load 190. It may need to be configured to block all or to block together if either is blocked. For example, even if an accident occurs at the end load and the power supply line 183 is cut off, the power line 181 may lead to a big accident if power is continuously supplied.
  • connection control panel 150 also performs a function for detecting a fire in addition to overcurrent or ground fault. That is, the connection control panel 150 is connected to a temperature sensor 201, an arc sensor 202, or a gas sensor 203 installed on the distal load 190 to detect the sensors 201, 202, and 203. Therefore, it is possible to block power transmission.
  • the non-explanatory sensor 203 is a sunshine sensor, which is a sensor that checks the amount of sunshine and generates a smooth amount of power generation of the module 110, rather than monitoring an accident.
  • the connection control panel 150 is to display the monitoring and control status as described above, for this purpose by forming a display panel 151 on the front of the connection control panel 150 to the situation through the display panel 151
  • the display panel 151 may further include a control switch for manual control.
  • the monitoring may be sent to an external monitoring device 210 instead of the connection control panel 150 to display a power generation state, a power supply state, a detection state, and the like.
  • the monitoring device 210 or the access control panel 150 may communicate with the integrated management server 220 through the Internet, such as to centrally manage each solar power plant in the central control station.
  • connection control panel 4 is a block diagram of a connection control panel according to the present invention
  • Figure 5 is a control block diagram of the connection control panel.
  • connection control panel 150 includes a display panel 151 for bidirectional communication, an input unit 153 for receiving various data, and the data about a central CPU 152.
  • the output unit 154 analyzes the circuit breakers 182 and 184 or the module link device 120, and a power input / output unit 155 for supplying power to each element such as the module link device 120.
  • the input unit 153 is a digital input unit for sensing and inputting the state of the power generation circuit breaker 182 and the supply power circuit breaker 184, and an analog input unit for monitoring and inputting AC current / voltage and DC current / voltage; It is composed of a sensor input unit for sensing and inputting the state of the various sensors 201, 202, 203, 204.
  • the main control logic 300 transmits the measured data of the measured temperature sensor, the arc sensor and the gas sensor to the fire sign determination logic module 330, and receives the data of the fire sign determination logic module 330.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

태양전지 모듈 각각을 개별적으로 또는 종합적으로 제어할 수 있도록 하여 작업자의 안전을 도모할 수 있으면서 연계계통 보호를 위해 과전류, 지락, 역조류를 감시 및 통제할 수 있는 태양광 발전시설의 종합보호 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 시스템은 복수의 태양전지 모듈들이 서로 직렬로 연결된 적어도 한 그룹 이상의 스트링들로 이루어진 태양광 어레이와; 스트링들이 병렬로 접속되는 접속제어반과; 접속제어반의 후위에 연결되는 인버터 및 변압기와; 변압기의 후위에 연결되어 말단부하로 발전된 전력을 공급하면서 전력공급자인입선로가 접속되는 인입분전반과; 각각의 태양전지 모듈 출력단에 장착되는 모듈링크장치;를 포함하며, 모듈링크장치는 태양전지 모듈의 발전전력을 체크하여 접속제어반과 양방향 통신하고, 접속제어반의 제어에 따라 해당 태양전지 모듈의 전력공급을 선택적으로 차단할 수 있게 된다.

Description

태양광 발전시설의 종합보호 시스템
본 발명은 태양광 발전시설의 보호시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 발전시설의 유지보수 혹은 기타 비상사태시 수배전반 또는 분전반에서 주 전류를 차단하여도 태양광 발전설비에서 전류가 공급되어 야기될 수 있는 전기사고, 화재사고, 인명사고를 예방할 수 있도록 한 태양광 발전시설의 종합보호 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 발전 시스템은 태양 에너지의 무공해성 및 무한정성에 힘입어 지구 환경 문제와 미래 에너지원의 다각화 대책으로서 선진 각국에서 활발히 연구 개발이 진행되고 있다.
이러한 태양광 발전 시스템은 발전한 전력의 이용방법에 따라, 발전 전력을 축전지에 저장하여 필요한 시간에 전력을 공급하는 독립형 발전시스템과, 발전 전력을 부하에 공급하고 잉여전력을 계통에 공급하는 계통연계형 발전시스템으로 구분된다.
최근에는 분산전원의 계통 영향 최소화, 사고에 대비한 계통보호 기술, 인버터의 제어기술 향상 등으로 계통연계형 발전시스템의 보급이 확산되고 있다.
도 1을 참고하면, 계통연계형 발전시스템은 복수의 태양전지 모듈(10)들이 직렬로 연결된 복수의 태양전지 스트링(20)들을 포함하는 태양전지 어레이부(30), 태양전지 스트링들로부터 출력되는 직류전력들을 병합하여 출력하는 접속반(40), 이 접속반(40)으로부터 출력되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 부하 또는 상용계통에 공급하는 인버터(50) 및 변압기(60)를 포함하여 구성된다. 이때, 접속반(40)에는 배전 효율 및 안전 기능의 향상을 위하여 퓨즈, 역류방지 다이오드, 변류기 등이 설치된다.
한편, 최근에는 태양광 발전 시스템의 공급이 급증함에 따라, 원격에서 태양광 발전 시스템 전체의 운전상태를 계측하고 모니터링하기 위한 원격 관리시스템의 도입이 활발이 이루어지고 있다.
그러나 종래의 태양광 발전 시스템의 모니터링 방식은 태양전지 어레이부의 총발전 전압 및 전류를 모니터링하거나, 태양전지 스트링 각각의 발전 전압 및 전류를 모니터링하는 방식이기 때문에, 태양전지 스트링 내의 태양전지 모듈들 각각에 대한 세부적인 이상 여부 및 이상 부위를 파악할 수는 없었다. 이에 따라, 태양전지 어레이부의 유지 보수에 많은 시간 및 비용이 소요되는 문제점이 발생되고 있고, 태양전지 어레이부 및 어레이부와 인버터를 연결하기 위해 접속반 내에 설치되는 선로 상에 이상이 발생될 경우, 고장 부위를 확인하고 보수를 하는데 상당한 노력과 시간이 소비되며, 이에 따라 발전 효율이 저하되는 문제점이 발생되고 있다.
즉, 전력계통에 연계되어 있는 태양광 발전설비의 보호, 유지보수 작업시 작업자의 안전에 대한 방안이 없는 실정이다.
현행 태양광발전 시스템이 적용된 시설은 말단부하의 전기사고시 분전반, 수배전반에서 주차단기가 작동하게 설계되어 전기사고의 파급은 예방을 할 수 있지만, 태양광 발전장치 차단기와 원활한 보호협조가 이루어지지 않는다면 연계되어 있는 태양광 전력이 계속 공급되어 1차 전기사고(단락, 지락)는 2차 화재발생 사고에 이어 3차 인명사고로 이어질 수 있게 되는 것이다. 이는, 도 1에서 보는 것과 같이 주 차단기가 차단 되어도 태양광 발전장치 차단기가 차단되지 않으면 분전반을 통하여 사고전류가 계속 공급되기 때문인 것이다. 또한, 도 1에서 보는 것과 같이 작업자의 유지보수시 태양광 발전시스템 인버터(AC)(50) 운전을 정지하여도 태양광이 비추고 있는 동안 태양광 어레이(30) 출력전압(인버터 입력전압)은 약 DC 400V가 유지되어 인명사고의 위험성은 여전히 존재한다.
따라서 태양광 발전설비 유지보수시 작업자의 안전을 고려하여 태양광 어레이 출력전압을 DC 400V에서 저전압(DC 40V 이하)으로 유지할 필요가 있게 되는 것이며, 태양광 발전 시스템 및 연계계통보호 측면에서 부하의 누전 및 기타 원인으로 인한 태양광 발전시설의 화재 예방도 필요한 실정인 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 태양전지 모듈 각각을 개별적으로 또는 종합적으로 제어할 수 있도록 하여 작업자의 안전을 도모할 수 있으면서 연계계통 보호를 위해 과전류, 지락, 역조류를 감시 및 통제할 수 있는 태양광 발전시설의 종합보호 시스템을 제공하려는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 복수의 태양전지 모듈들이 서로 직렬로 연결된 적어도 한 그룹 이상의 스트링들로 이루어진 태양광 어레이와; 스트링들이 병렬로 접속되는 접속제어반과; 접속제어반의 후위에 연결되는 인버터 및 변압기와; 변압기의 후위에 연결되어 말단부하로 발전된 전력을 공급하면서 전력공급자인입선로가 접속되는 인입분전반과; 각각의 태양전지 모듈 출력단에 장착되는 모듈링크장치;를 포함하며, 모듈링크장치는 태양전지 모듈의 발전전력을 체크하여 접속제어반과 양방향 통신하고, 접속제어반의 제어에 따라 해당 태양전지 모듈의 전력공급을 선택적으로 차단할 수 있음을 특징으로 하는 태양광 발전시설의 종합보호 시스템을 제공한다.
이때, 인입분전반에는 전력공급자인입선로와 발전선로를 접속제어반의 콘트롤에 의해 차단할 수 있는 공급전력차단기 및 발전전력차단기가 설치되고, 접속제어반은 인입분전반내의 AC전압, AC전류 및 지락을 검출하여 공급전력차단기 및 발전전력차단기를 콘트롤 할 수도 있다.
그리고 모듈링크장치에는 차단콘트롤러가 내장되고, 발전된 전력이 지나가는 라인상에는 접속제어반의 콘트롤에 따라 차단콘트롤러에 의해 라인을 단전시키거나 통전시키는 A접점으로 된 제1차단기가 설치되며, 제1차단기의 후위쪽 라인상에는 차단콘트롤러에 의해 라인을 단전시키거나 통진시키도록 제1차단기와 반대되는 B접점으로된 제2차단기가 설치될 수도 있다.
또한, 접속제어반에서는 발전전력, 소비전력 및 AC주파수 데이터를 얻기 위해 계측된 DC전류/전압 및 AC전류/전압이 계측모듈을 통해 메인제어로직으로 입력되고,
과전류, 과전압, 누전 및 지락 데이터를 얻기 위해 계측된 AC전류/전압이 계측모듈뿐만 아니라 전기사고 판단로직모듈을 통해서도 메인제어로직으로 입력되고,
계측된 모듈링크장치의 전압/전류 데이터가 모듈링크 상태감시로직을 통해 메인제어로직으로 입력되고,
발전전력차단기 및 공급전력차단기의 상태를 계측한 데이터가 주차단기 상태감시로직을 통해 메인제어로직으로 입력되며,
메인제어로직의 제어 출력신호는 출력제어모듈로 송출되어 이 출력제어모듈이 모듈링크장치를 제어하는 링크제어모듈 및 차단기를 제어하는 차단기제어모듈을 통해 출력될 수 있다.
이때, 메인제어로직에는 온도센서, 아크센서 및 가스센서의 감시데이터가 화재징후 판단로직모듈을 통해 입력되고, 일조량을 감시하는 일조량센서가 모듈링크 상태감시로직을 통해 입력될 수도 있다.
또한, 메인제어로직은 제어입력, 계측값출력, 상태표시 및 외부통신을 하는 인터페이스모듈을 더 포함할 수도 있다.
그리고 접속제어반에 연결되어 모니터링상태나 제어상태를 출력하는 모니터링장치를 더 포함할 수도 있으며, 모니터링장치 또는 접속제어반과 통신하여 원격에서 태양광 발전 시스템을 통합적으로 관리하는 통합관리서버가 더 포함될 수도 있다.
본 발명에 따른 태양광 발전시설의 종합보호 시스템은 태양광 발전시설의 유지보수시 태양광 어레이의 출력전압을 저전압으로 유지할 수 있으면서 태양광 어레이를 분리하거나 결합을 원격으로 제어할 수 있어 작업자를 안전하게 보호할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 태양광 발전시설의 화재감시는 물론, 과전류, 지락, 역조류를 보호할 수 있고, 주차단기와 보호협조를 통해 태양광 발전시설의 전력계통 접속을 제어함과 아울러 태양전지의 유지보수를 위한 데이터를 실시간으로 취득할 수 있는 이점이 있게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 태양광 발전시스템을 나타낸 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전시설의 종합보호 시스템을 나타낸 구성도이고,
도 3은 도 2의 모듈링크장치를 나타낸 블록도이며, 그리고
도 4는 도 2의 접속제어반을 나타낸 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전시설의 종합보호 시스템을 나타낸 구성도로서, 이 도면을 참고하면, 본 발명에 따른 태양광 발전시설 종합보호 시스템(100)은 복수의 태양전지 모듈(110) 각각에 장착되는 모듈링크장치(120)와, 이 모듈링크장치(120)와 태양전지 모듈(110)이 하나의 그룹으로 묶어진 적어도 한 그룹 이상의 스트링(130)들로 이루어진 태양광 어레이(140)가 접속되는 접속제어반(150)을 포함하여 구성된다.
모듈링크장치(120)란 태양전지 모듈(110) 각각의 발전상태를 체크하여 이를 접속제어반(150)으로 양방향 통신을 하면서, 발전상태에 이상 유무 발생시 접속제어반(150)의 통제에 따라 발전된 전력을 차단하는 기능을 수행하게 된다.
접속제어반(150)이란 종래기술에서 살펴본 접속반과 계통상의 위치가 동일한 것으로, 종래의 접속반에서는 배전효율 및 안전기능의 향상을 위해 퓨즈, 역류방지 다이오드, 변류기 등이 사용되었는가 하면, 본 발명에서는 접속반의 기본적 기능외에 전기량 및 태양전지 데이터를 수집하고, 각종 센서와 연결되어 사고를 감지하며, 유지보수나 사고발생시 DC 저전압유지 및 연계계통 차단 기능을 수행하게 된다.
먼저, 모듈링크장치(120)에 대해 자세하게 살펴보기로 한다.
도 3은 모듈링크장치(120)를 나타낸 블록도로서, 이 도면에서 보는 것과 같이, 모듈링크장치(120)는 태양전지 모듈(110)에서 발전된 전력이 입출되는 입력단(121a)과 출력단(121b)을 가지며, 입출력단(121) 라인(122)상의 발전전압이나 전류를 감지하기 위한 아나로그 입력부(123)가 구성된다. 그리고 아나로그 입력부(123)에서 검출된 전압 및 전류는 중앙처리장치(124)에서 연산을 하여 통신부(125)에서 컴포트(COMM PORT)를 통해 접속제어반(150)으로 전송하게 된다.
본 발명에 따른 모듈링크장치(120)는 전력 입출력단(121) 라인(122)상의 전력을 차단해 주도록 제1차단기(127a)를 제어하는 차단콘트롤러(126)가 더 구비된다. 제1차단기(127a)는 A접점 방식에 의해 통전시키거나 단전시키는 것으로, 유지보수나 이상발생시 접속제어반(150)의 통제하에 전력 공급을 선택적으로 차단하게 되는 것이다. 이러한 제1차단기(127a) 및 차단콘트롤러(126)는 컴포트에 의한 제어신호뿐만 아니라 긴급시에 디지털 신호에 의해서도 차단이 가능하게 된다. 즉, 화재발생, 과전류, 지락 등에 의해 긴급을 요하게 되는 경우에는 접속제어반(150)의 통제에 따라 모듈링크장치(120)에 마련된 디지털입력부(128)가 디지털포트(DI PORT)를 통해 신호를 전달받아 중앙처리장치(124)에 의해 제어되는 것이다.
한편, 차단컨트롤러(126)에는 제1차단기(127a)에 의해 차단된 입출력단(121) 라인(122)을 통전시키는 제2차단기(127b)가 더 마련될 수 있다. 즉, 제2차단기(127b)는 제1차단기(127a)의 후위에 위치하여 발전 전력은 차단하되, 스트링(130) 전체가 단전되지 않도록 연결을 해주는 것이다.
스트링(130)은 각각의 태양전지 모듈(110)(본 발명에서는 모듈링크장치(120)임)들이 직렬로 연결되게 되는데, 어느 한곳의 모듈링크장치(120)가 단전되게 되면, 그 스트링(130) 전체가 단전되는 문제가 발생된다. 따라서 필요에 따라 어느 하나의 모듈링크장치(120)만을 선택적으로 단전시키고자 한다면 다른 모듈링크장치들은 정상적으로 작동되게 하기 위해 제1차단기(127a)에 의해 단전된 라인을 다시 연결해 주는 제2차단기(127b)의 구성이 필요하게 되는 것이다. 예컨대, 특정의 태양전지 모듈(110)이나 그 모듈의 링크장치(120)를 보수하기 위함이라면 굳이 다른 태양전지 모듈(110)들까지 발전을 중지할 필요는 없는 것이기 때문이다(모듈은 발전을 하지만 어느 하나의 직렬연결 모듈링크장치가 끊어졌기 때문에 발전된 전력의 공급이 이루어지지 않음). 따라서 제1차단기(127a)는 A접점 방식에 의한 차단기로 사용되고, 제2차단기(127b)는 B접점 방식에 의한 차단기로 구성하여 제1차단기(127a)가 단전됨과 동시에 제2차단기(127b)는 연결되게 하는 것이다.
참고로, A접점과 B접점은 파워(129)에 의해 전원이 인가되면 A접점은 닫혀져(close) 통전시키고, B접점은 개방되어(open) 단전되는 구조를 갖는 스위치로서, 제1차단기(127a)와 제2차단기(127b)가 서로 상반되는 스위칭을 하게 하기 위함이다.
본 발명에 따른 접속제어반(150)은 태양광 어레이(140)들에서 발전된 전력선(132)과 신호선(134) 등이 접속되는 곳으로, 적어도 하나 이상의 스트링(130)들이 병렬로 접속되고, 각각의 모듈링크장치(120)에서 연장된 컴포트 신호선이나 디지털포트 신호선이 접속된다. 따라서 컴포트 신호선을 통해 전달받은 발전 전력의 전압이나 전류 데이터와 태양전지 데이터를 수신하여 분석하게 되며, 이상 발생시나 유지보수시에는 신호를 송출하여 발전을 차단하기도 하는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 접속제어반(150)은 말단부하(190)에서 전력을 사용하기 위해 발전전력 선로(181)와 전력공급자인입선로(183)(한국전력에서 공급되는 선로임)를 분전하기 위한 인입분전반(180)을 통제하는 기능도 함께 수행한다. 즉, 접속제어반(150)의 후위로는 발전된 직류를 교류로 변화시키는 컨버터(160)가 설치되고, 그 다음으로 말단부하에서 사용할 전력으로 승압 또는 감압하는 변압기(170)가 설치되며, 이 변압기(170)가 인입분전반(180)으로 연결되는 구성을 가지게 된다.
이때, 태양광 발전 시스템이 적용된 시설은 메인 전력을 발전선로(181)에서 공급하게 되고, 말단부하에서 사용되는 전력이 발전만으로는 부족하게 될 경우 전력공급자인입선로(183)에서 보충하게 되는 시스템이다. 반대로 말단부하에서 사용되는 전력양이 적어 발전양이 많게 되면 전력공급자에게 송출하여 발전전력에 따른 수입을 올리게 된다. 이처럼 인입분전반(180)에서는 말단부하(190)에서 사용하는 전력량에 따라 원활한 전력공급을 해주기 위해 전력공급자인입선로(183) 및 발전선로(181)를 모두 접속시키게 되는데, 긴급 상황에 대처하기 위해 양쪽 모두를 차단하거나 또는, 어느 한쪽이 차단되면 함께 차단될 수 있도록 구성될 필요가 있게 된다. 예컨대, 말단부하에서 사고가 발생되어 전력공급자인입선로(183)가 차단되었다 하더라도 발전선로(181)에서는 계속해서 전력이 공급되면 큰 사고로 이어질 수 있기 때문인 것이다.
따라서 본 발명에서는 접속제어반(150)을 통해 인입분전반(180)을 통제할 수 있도록 하였다. 즉, 인입분전반(180)의 전력공급자인입선로(183)에 공급전력차단기(184)를 설치하여 접속제어반(150)의 통제를 받게 하고, 인입분전반(180)의 발전선로(181)에도 발전전력차단기(182)를 설치하여 접속제어반(150)의 통제를 받게 한다. 그리고 위와 같은 공급전력차단기(184) 및 발전전력차단기(182)의 통제를 위해 AC전압계측접점(185) 및 AC전류계측접점(186)을 두어 접속제어반(150)으로 연결시키고, 말단부하(190)쪽에는 지락을 감지하기 위한 지락전류검출접점(187)을 설치한다.
본 발명에 따른 접속제어반(150)은 과전류나 지락외에도 화재를 감지하기 위한 기능도 함께 수행한다. 즉, 접속제어반(150)에는 말단부하(190)쪽에 설치되어 있는 온도센서(201)나 아크센서(202) 또는 가스센서(203) 등과 연결되어 이 센서들(201, 202, 203)의 감지에 따라 전력송출을 차단할 수 있게 되는 것이다. 미설명 센서인 203은 일조량센서로서, 사고발생 감시가 아니라 일조량을 측정하여 모듈(110)의 원활한 발전량을 체크하는 센서이다.
본 발명에 따른 접속제어반(150)은 상기와 같은 모니터링 및 제어현황을 디스플레이 하게 되는데, 이를 위해 접속제어반(150)의 전면에 디스플레이패널(151)을 형성하여 이 디스플레이패널(151)을 통해 상황을 보여주며, 디스플레이패널(151)에는 수동 제어를 위한 제어 스위치가 더 마련될 수도 있다. 그리고 이러한 모니터링을 접속제어반(150)이 아닌 외부의 모니터링장치(210)로 송출하여 발전상태나 전력공급상태 및 감지상태 등을 디스플레이 할 수도 있게 된다. 또한, 이러한 모니터링장치(210) 또는 접속제어반(150)은 인터넷 등을 통해 통합관리서버(220)와 통신하여 중앙관제소에서 각각의 태양광 발전시설을 통합적으로 관리할 수도 있는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 접속제어반의 블록도를 나타낸 도면이고, 도 5는 접속제어반의 제어 블록도이다.
도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 접속제어반(150)은 중앙의 CPU(152)를 중심으로, 양방향 통신하는 디스플레이패널(151)과, 각종 데이터를 입력받는 입력부(153)와, 이 데이터들을 분석하여 차단기(182, 184)나 모듈링크장치(120)를 콘트롤하는 출력부(154)와, 모듈링크장치(120) 등의 각 요소에 전원을 공급하기 위한 전원입출력부(155)로 이루어진다.
먼저, 입력부(153)는 발전전력차단기(182) 및 공급전력차단기(184)의 상태를 감지하여 입력받는 디지털입력부와, AC전류/전압 및 DC전류/전압을 감시하여 입력받는 아나로그입력부와, 각종 센서들(201, 202, 203, 204)의 상태를 감지하여 입력받는 센서입력부로 구성된다.
출력부(154)는 위와 같은 디지털입력부, 아나로그입력부 및 센서입력부의 감지상태에따라 CPU에서 분석하여 제어신호를 송출하게 되는데, 발전전력차단기(182), 공급전력차단기(184) 및 모듈링크장치(120)의 제1,2차단기(127a, 127b)를 제어하도록 신호를 송출하는 디지털/비상출력부와, 모듈링크장치(120)을 제어하는 노멀컨트롤출력부로 구성되어 진다.
접속제어반(150)의 보다 상세한 제어를 위한 도 5를 참고하면, 접속제어반의 메인제어로직(300)은 계측된 DC전류/전압이 계측모듈(310)로 전송되고, 이 계측모듈(310)의 데이터를 입력받는다. 여기서의 DC는 링크모듈장치(120)쪽이 아닌 인버터(160) 입력쪽의 DC를 말하는 것이다. 그리고 메인제어로직(300)은 계측된 AC전류/전압이 전기사고 판단로직모듈(320)로 전송되고, 이 전기사고 판단로직모듈(320)의 데이터를 입력받는다. 물론, AC전류/전압은 전기사고 판단로직모듈(320) 뿐만 아니라 계측모듈로(310)도 데이터를 전송하는 것이 바람직할 것이다. 이때, 계측모듈(310)에서는 입력된 AC/DC 데이터로 발전전력, 소비전력 및 AC주파수 데이터를 얻게 되고, 전기사고 판단로직모듈(320)에서는 입력된 AC 데이터로 과전류, 과전압 및 누전이나 지락의 데이터를 얻게 된다.
또한, 메인제어로직(300)은 계측된 온도센서, 아크센서 및 가스센서의 감지 데이터가 화재징후 판단로직모듈(330)로 전송되고, 이 화재징후 판단로직모듈(330)의 데이터를 입력받는다.
그리고 메인제어로직(300)은 일조량 센서(204)에 의해 계측된 일조량 및 링크모듈장치(120)에서 계측된 전압/전류가 모듈링크 상태감시로직(340)로 전송되고, 이 모듈링크 상태감시로직(340)의 데이터를 입력받는다.
그리고 메인제어로직(300)은 발전전력차단기(182) 및 공급전력차단기(184)의 상태가 주차단기 상태감시로직(350)으로 전송되고, 이 주차단기 상태감시로직(350)의 데이터를 입력받는다.
이와 같이 메인제어로직(300)은 계측모듈(310), 전기사고 판단로직모듈(320), 화재징후 판단로직모듈(330), 모듈링크 상태감시로직(340), 주차단기 상태감시로직(350)의 데이터 입력을 통해 종합적으로 분석하고 판단하여 출력제어모듈(360)로 제어신호를 송출하고, 이 제어신호가 링크제어모듈(361) 및 차단기제어모듈(362)을 통해 모듈링크장치(120) 및 차단기(182, 184)를 제어하게 되는 것이다.
한편, 메인제어로직(300)은 인터페이스모듈(MMI, 370)을 통해 제어입력, 계측값출력, 상태표시 및 외부통신을 하게 된다.
위에서 설명된 실시 예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시 예들은 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
<부호의 설명>
100 : 태양광 발전시설의 종합보호 시스템
110 : 태양전지 모듈 120 : 모듈링크장치
121 : 입출력단 122 : 라인
123 : 아나로드 입력부 124 : 중앙처리장치
125 : 통신부 126 : 차단콘트롤러
127 : 차단기 128 : 디지털입력부
129 : 파워 130 : 스트링
132 : 전력선 134 : 신호선
140 : 태양광 어레이 150 : 접속제어반
151 : 디스플레이패널 160 : 인버터
170 : 변압기 180 : 인입분전반
181 : 발전선로 182 : 발전전력차단기
183 : 전력공급자인입선로 184 : 공급전력차단기
185 : AC전압계측접점 186 : AC전류계측접점
187 : 지락전류검출접점 190 : 말단부하
201, 202, 203, 204 : 센서 210 : 모니터링장치
220 : 통합관리서버 300 : 메인제어로직
310 : 계측모듈 320 : 전기사고 판단로직모듈
330 : 화재징후 판단로직모듈 340 : 모듈링크 상태감시모듈
350 : 주차단기 상태감시모듈 360 : 출력제어모듈
361 : 링크제어모듈 362 : 차단기제어모듈
370 : 인터페이스모듈

Claims (8)

  1. 복수의 태양전지 모듈(110)들이 서로 직렬로 연결된 적어도 한 그룹 이상의 스트링(130)들로 이루어진 태양광 어레이(140);
    상기 스트링(130)들이 병렬로 접속되는 접속제어반(150);
    상기 접속제어반(150)의 후위에 연결되는 인버터(160)와 변압기(170);
    상기 변압기(170)의 후위에 연결되어 말단부하(190)로 발전된 전력을 공급하면서 전력공급자인입선로(183)가 접속되는 인입분전반(180); 및
    상기 각각의 태양전지 모듈(110) 출력단에 장착되는 모듈링크장치(120);를 포함하며,
    상기 모듈링크장치(120)는 상기 태양전지 모듈(110)의 발전전력을 체크하여 상기 접속제어반(150)과 양방향 통신하고, 상기 접속제어반(150)의 제어에 따라 해당 태양전지 모듈(110)의 전력공급을 선택적으로 차단할 수 있음을 특징으로 하는 태양광 발전시설의 종합보호 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인입분전반(180)에는 전력공급자인입선로(183)와 발전선로(181)를 상기 접속제어반(150)의 콘트롤에 의해 차단할 수 있는 공급전력차단기(184) 및 발전전력차단기(182)가 설치되고, 상기 접속제어반(150)은 상기 인입분전반(180)내의 AC전압, AC전류 및 지락을 검출하여 상기 공급전력차단기(184) 및 발전전력차단기(182)를 콘트롤함을 특징으로 하는 태양광 발전시설의 종합보호 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈링크장치(120)에는 차단콘트롤러(126)가 내장되고, 발전된 전력이 지나가는 라인(122)상에는 상기 접속제어반(150)의 콘트롤에 따라 상기 차단콘트롤러(126)에 의해 상기 라인(122)을 단전시키거나 통전시키는 A접점으로 된 제1차단기(127a)가 설치되며, 상기 제1차단기(127a)의 후위쪽 라인(122)상에는 상기 차단콘트롤러(126)에 의해 상기 라인(122)을 단전시키거나 통전시키도록 B접점으로된 제2차단기(127b)가 설치됨을 특징으로 하는 태양광 발전시설의 종합보호 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접속제어반(150)은 발전전력, 소비전력 및 AC주파수 데이터를 얻기 위해 계측된 DC전류/전압 및 AC전류/전압이 계측모듈(310)을 통해 메인제어로직(300)으로 입력되고,
    과전류, 과전압, 누전 및 지락 데이터를 얻기 위해 계측된 AC전류/전압이 상기 계측모듈(310)뿐만 아니라 전기사고 판단로직모듈(320)을 통해서도 메인제어로직(300)으로 입력되고,
    계측된 모듈링크장치(120)의 전압/전류 데이터가 모듈링크 상태감시로직(340)을 통해 메인제어로직(300)으로 입력되고,
    발전전력차단기(182) 및 공급전력차단기(184)의 상태를 계측한 데이터가 주차단기 상태감시로직(350)을 통해 메인제어로직(300)으로 입력되며,
    상기 메인제어로직(300)의 제어 출력신호는 출력제어모듈(360)로 송출되어 이 출력제어모듈(360)이 모듈링크장치(120)를 제어하는 링크제어모듈(361) 및 차단기(182, 184)를 제어하는 차단기제어모듈(362)를 통해 출력됨을 특징으로 하는 태양광 발전시설의 종합보호 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 메인제어로직(300)에는 온도센서, 아크센서 및 가스센서의 감시데이터가 화재징후 판단로직모듈(330)을 통해 입력되고, 일조량을 감시하는 일조량센서가 상기 모듈링크 상태감시로직(340)을 통해 입력됨을 특징으로 하는 태양광 발전시설의 종합보호 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 메인제어로직(300)은 제어입력, 계측값출력, 상태표시 및 외부통신을 하는 인터페이스모듈(370)을 더 포함함을 특징으로 하는 태양광 발전시설의 종합보호 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 접속제어반(150)에 연결되어 모니터링상태나 제어상태를 출력하는 모니터링장치(210)를 더 포함함을 특징으로 하는 태양광 발전시설의 종합보호 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 모니터링장치(210) 또는 접속제어반(150)과 통신하여 원격에서 태양광 발전 시스템을 관리하는 통합관리서버(220)가 더 포함됨을 특징으로 하는 태양광 발전시설의 종합보호 시스템.
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