WO2015147447A1 - 태양광 인버터 진단 시스템 및 그 방법 - Google Patents

태양광 인버터 진단 시스템 및 그 방법 Download PDF

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WO2015147447A1
WO2015147447A1 PCT/KR2015/001603 KR2015001603W WO2015147447A1 WO 2015147447 A1 WO2015147447 A1 WO 2015147447A1 KR 2015001603 W KR2015001603 W KR 2015001603W WO 2015147447 A1 WO2015147447 A1 WO 2015147447A1
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unit
life
temperature
inverter
power
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PCT/KR2015/001603
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English (en)
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김홍성
김석중
윤여영
정재기
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한빛이디에스(주)
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/32—Electrical components comprising DC/AC inverter means associated with the PV module itself, e.g. AC modules
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies
    • G01R31/42—AC power supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a solar inverter diagnostic system and a method thereof, and more particularly, the maintenance is performed until the efficiency of the solar inverter is not diagnosed in advance and the efficiency decreases over time, and noise and vibration are increased. Unlike the conventional method, which is not possible, the maintenance of the inverter is judged based on the data acquired through the solar inverter, and informed to the administrator in advance, so that the efficiency of the solar inverter can be maintained before the occurrence of noise and occurrence of noise and occurrence.
  • a system and method thereof are provided.
  • a power conversion system (PCS) applied to photovoltaic power generation serves to convert DC power generated from a solar cell array (PV-array) into AC to generate a system.
  • the solar cell array 100 in the solar cell power conversion device (PCS) for generating a single-phase or three-phase AC power from the output of the solar cell array 100, system linkage or single operation.
  • Step-up converter 110 for converting the output of the;
  • An inverter unit 120 converting a direct current connected to the boost converter unit 110 into an alternating current;
  • the display device 155 is electrically connected to the boost converter 110 and the inverter 120 to receive signal information and to perform output voltage, current measurement, and output calculation functions of the solar cell array 100.
  • the present invention is to propose a diagnostic system of the inverter capable of preliminary response by monitoring the time-varying characteristics occurring in the medium-large capacity solar inverter of 100 [kW] ⁇ 250 [kW] or more.
  • the present invention has been made in view of the above problems, the maintenance is determined on the basis of the data acquired through the solar inverter, and informed to the administrator in advance, the efficiency falls, before the noise and occurrence occurs
  • An object of the present invention is to provide a solar inverter diagnostic system and a method for maintaining the same.
  • the present invention for achieving the technical problem relates to a solar inverter diagnostic system, converts the DC power generated from the solar cell array (PV-array) to AC to transfer to the system, and senses the vibration and temperature inside the device A power converter for predicting the life of the component; And a management server performing an abnormal state and replacement determination for maintenance based on the data acquired through the power converter. It includes.
  • the power conversion device an isolation transformer for electrically insulating the primary and secondary sides, a filter capacitor for smoothing the AC power supply to the DC power supply, a filter inductor for reducing the output current ripple, high power high-speed switching is possible
  • An inverter unit including a IGBT, which is a semiconductor element, and a DC link capacitor for smoothing an input DC power supply;
  • a vibration detector disposed at one side of the isolation transformer and the filter inductor, and configured to detect vibration of a corresponding position;
  • a first temperature sensing unit disposed at one side of the filter capacitor and sensing a surface temperature of the filter capacitor;
  • a second temperature sensor disposed at one side of the IGBT, the temperature sensor sensing a temperature of a corresponding position;
  • a life prediction unit for predicting the life of the DC link capacitor based on the capacitance of the DC link capacitor;
  • a data manager configured to receive data acquired for each specific period or time period through the vibration detector, the first temperature detector, the second temperature detector, and the life predict
  • the management server may further include: a signal transmission / reception unit configured to transmit a data acquisition request signal to the power conversion device for each specific period or time zone, and to receive data acquired for the specific period or time zone from the power conversion device; An abnormal state determination unit determining an abnormal state of a corresponding component based on the data received through the signal transceiver; And a replacement determination unit determining whether to replace the battery according to the life of the component based on the data received through the signal transceiver. Characterized in that it comprises a.
  • the abnormal state determination unit determines whether the data received from the power conversion device through the signal transmission and reception unit is outside the reference range, when the deviation is outside the reference range to generate and issue the notification information for the corresponding parts, accordingly It generates a warning message and transmits it to the administrator terminal.
  • the replacement determination unit is setting the lifespan of each part, and determines whether or not to exceed the predetermined life, if exceeded, generates and issues replacement notification information for the corresponding parts, and generates a notification message according to the administrator Characterized in that the transmission to the terminal.
  • the present invention relates to a method for diagnosing a solar inverter, (a) a vibration sensing unit disposed on one side where the insulation transformer and the filter inductor of the inverter unit of the power converter is located detecting the vibration of the position; (b) sensing a surface temperature of the filter capacitor by a first temperature detector disposed at one side of the inverter in which the filter capacitor is located; (c) detecting a temperature of a corresponding position of a second temperature sensor disposed at one side of the inverter unit's IGBT; (d) predicting, by the life predicting unit, the life of the DC link capacitor based on the capacitance of the DC link capacitor; (e) receiving, by the data management unit, data acquired for each specific period or time zone through steps (a) to (d) according to a control signal of the management server; (f) receiving data acquired by the signal transmission and reception unit of the management server for each specific period or time period from the data management unit of the power conversion apparatus; (g) determining
  • the solar inverter is not diagnosed in advance, the efficiency decreases over time, and unlike the prior art that can not perform maintenance until the noise and vibration generation, through the solar inverter
  • the efficiency is reduced, and there is an effect that maintenance can be performed before noise and occurrence occur.
  • 1 is an exemplary view showing a conventional power converter.
  • FIG. 2 is an overall configuration diagram conceptually showing a solar inverter diagnostic system according to the present invention.
  • FIG. 3 is a detailed configuration diagram of a management server according to the present invention.
  • FIG. 4 is an overall flowchart of a method for diagnosing a solar inverter according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram schematically illustrating a solar inverter diagnostic system S according to the present invention, and includes a power converter 100 and a management server 200 as shown.
  • the power converter 100 is a power conversion system (PCS) applied to photovoltaic power generation that converts DC power generated from a solar cell array (PV-array) into AC and transfers it to a system. It detects the vibration and temperature, and performs a function of predicting the life of the component, as shown in FIG. 2, the inverter unit 110, the vibration detection unit 120, the first temperature detection unit 130, 2 includes a temperature sensing unit 140, life prediction unit 150 and data management unit 160.
  • PCS power conversion system
  • the inverter unit 110 converts DC power generated from the solar cell array (PV-array) into AC and transfers the power to the system, and electrically insulates the primary side and the secondary side as shown in FIG. 2.
  • a transistor insulated gate bipolar transistor
  • DC link capacitor 115 for smoothing the input DC power.
  • the vibration detector 120 is a vibration sensor installed inside the device, and detects vibration of the device.
  • the vibration detecting unit 120 is disposed on one side where the isolation transformer 111 and the filter inductor 113 of the inverter unit 110 are located, and detects vibration at a corresponding position.
  • the first temperature sensor 130 is a temperature sensor installed inside the device and detects the temperature of the device.
  • the first temperature sensing unit 130 is disposed on one side where the filter capacitor 112 of the inverter unit 110 is located and senses the surface temperature of the filter capacitor 112.
  • the second temperature sensor 140 is a temperature sensor installed inside the device and detects the temperature of the device.
  • the second temperature sensing unit 140 is disposed on one side where the IGBT 114 of the inverter unit 110 is located, and senses a temperature of a corresponding position.
  • the life prediction unit 150 calculates a DC link input current based on a reference signal for the output current of each line switch group and the input voltage of the apparatus 100, and inputs a switching circuit included in the calculated DC link input current. After calculating the effective value by detecting the frequency component and the ripple voltage corresponding to twice the current, the lifetime of the DC link capacitor 115 is predicted by calculating the capacitance of the DC link capacitor 115.
  • the data manager 160 is provided through the vibration detector 120, the first temperature detector 130, the second temperature detector 140, and the life predictor 150 according to the control signal of the management server 200.
  • the received data is received and stored for each specific period or time period, and the acquired data is transmitted to the management server 200.
  • the data management unit 160 is a human machine interface (HMI) that is provided with an input means and a display means to receive a control signal of the manager, and inputs, stores, and stores the data according to the input control signal of the manager. You can also perform the transfer.
  • HMI human machine interface
  • the data management unit 160 grants an operation right to the management server 200 or a specific manager, and operates according to a control signal input from the management server 200 or the administrator to which the operation right is granted.
  • the data management unit 160 controls signals for the inverter unit 110 including the isolation transformer 111, the filter capacitor 112, the filter inductor 113, the IGBT 114, and the DC link capacitor 115. It may be input, it can also store the data operated through the inverter unit 110.
  • the management server 200 performs an abnormal state for maintenance and replacement based on the data acquired through the power converter 100, and as shown in FIG. 3, the signal transceiver 210 and the abnormal state are illustrated in FIG. 3.
  • the determination unit 220 and the replacement determination unit 230 is included.
  • the signal transceiver 210 transmits a 'data acquisition request signal' to the power converter 100 at a specific cycle or time zone, and receives the data acquired at the specific cycle or time zone from the power converter 100. .
  • the abnormal state determination unit 220 determines the abnormal state of the corresponding component based on the data received from the power converter 100 through the signal transceiver 210.
  • the abnormal state determination unit 220 determines whether the data received from the power converter 100 through the signal transmission and reception unit 210 is out of the reference range, and if the deviation is outside the reference range, the abnormality of the corresponding parts. Generate and issue notification information, and generate a warning message and transmit the notification information to the manager terminal (10).
  • the abnormal state determination unit 220 determines that the abnormality has occurred in the filter capacitor 112.
  • the replacement determination unit 230 determines whether to replace the battery according to the life of the component based on the data received from the power converter 100 through the signal transceiver 210.
  • the replacement determination unit 230 sets a lifespan for each part, and determines whether or not the predetermined lifespan is exceeded, and generates and issues replacement notification information for the corresponding parts if exceeded, and a notification message accordingly. Create and transmit to the manager terminal 10.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a solar inverter according to the present invention, and as illustrated, the insulation transformer 111 and the filter inductor 113 of the inverter unit 110 of the power converter 100 are located at one side.
  • the disposed vibration detector 120 detects the vibration of the corresponding position (S10)
  • the first temperature detector 130 disposed at one side where the filter capacitor 112 of the inverter unit 110 is located is the filter capacitor 112.
  • the second temperature sensing unit 140 disposed on one side of the inverter unit 110 in which the IGBT 114 is located detects the temperature of the corresponding position (S30).
  • the life predicting unit 150 of the power converter 100 estimates the life of the DC link capacitor 115 by calculating the capacitance of the DC link capacitor 115 (S40).
  • the life prediction unit 150 calculates the DC link input current based on the reference signal for the output current of each line switch group and the input voltage of the device 100, the switching included in the calculated DC link input current After detecting the frequency component and the ripple voltage corresponding to twice the circuit input current to calculate the effective value, the capacitance of the DC link capacitor 115 is calculated to predict the life of the DC link capacitor 115.
  • the data management unit 160 of the power conversion apparatus 100 according to the control signal of the management server 200, the vibration detection unit 120, the first temperature detection unit 130, the second temperature detection unit 140 And it receives and stores the data obtained for each specific period or time period through the life prediction unit 150 (S50).
  • the signal transmission and reception unit 210 of the management server 200 receives the data acquired for each specific period or time zone from the data management unit 160 of the power conversion apparatus 100 (S60), the abnormal state determination unit 220 It is determined whether the data received from the power converter 100 through the signal transceiver 210 is outside the reference range (S70).
  • the abnormal state determination unit 220 when the reference range is out of range, the abnormal state determination unit 220 generates and issues the abnormal notification information on the corresponding part, generates a warning message, and transmits the warning message to the manager terminal 10 (S80). ).
  • the replacement determination unit 230 that sets the life of each component based on the data received from the power converter 100 through the signal transmission and reception unit 210, whether the corresponding component has exceeded the predetermined life. Determine (S90).
  • the replacement determination unit 230 As a result of the determination in step S90, if exceeded, the replacement determination unit 230 generates and issues replacement notification information for the corresponding part, generates a notification message accordingly, and transmits the notification message to the manager terminal 10 (S100).
  • step S70 determines that the component is in a normal state and terminates the process
  • step S100 determines that the corresponding component does not need to be replaced and ends the process.
  • the solar inverter diagnostic system and method thereof as described above have a characteristic advantage that can be applied to a medium-large capacity solar inverter of 100 [kW] to 250 [kW] or more.
  • first temperature sensing unit 140 second temperature sensing unit
  • signal transceiver 220 abnormal state determination unit
  • filter capacitor 113 filter inductor
  • IGBT 115 DC link capacitor

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  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 태양광 인버터 진단 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 태양광 인버터를 통해 취득한 데이터를 바탕으로 바탕으로 유지 보수를 판단하여, 관리자에게 사전에 알려줌으로써, 효율이 떨어지고, 소음 및 발생이 발생하기 이전에 유지 관리할 수 있는 태양광 인버터 진단 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다. 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 태양전지 어레이(PV-array)로부터 발전되는 DC 전력을 AC로 변환시켜 계통으로 전달하며, 장치 내부의 진동 및 온도를 감지하고, 부품의 수명을 예측하는 전력변환장치; 및 상기 전력변환장치를 통해 취득한 데이터를 바탕으로, 유지 보수를 위한 이상상태 및 교체 판단을 수행하는 관리 서버; 를 포함한다.

Description

태양광 인버터 진단 시스템 및 그 방법
본 발명은 태양광 인버터 진단 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 인버터를 사전에 진단하지 못하여 시간이 지남에 따라 효율이 떨어지고, 소음 및 진동 발생이 증가할 때까지 유지 관리를 수행하지 못하던 종래와 달리, 태양광 인버터를 통해 취득한 데이터를 바탕으로 유지 보수를 판단하여, 관리자에게 사전에 알려줌으로써, 효율이 떨어지고, 소음 및 발생이 발생하기 이전에 유지 관리할 수 있는 태양광 인버터 진단 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 태양광 발전에 적용되는 전력 변환 장치(PCS:Power Conditioning System)은 태양전지 어레이(PV-array)로부터 발전되는 DC 전력을 AC로 변환시켜 계통으로 발전시키는 역할을 한다.
이러한 전력 변환 장치와 관련해서는, 한국공개특허 제10-2009-0024929호(이하, '선행문헌') 외에 다수 등록 및 공개되어 있다.
상기한 선행문헌은, 태양전지 어레이(100)의 출력으로부터 단상 혹은 3상의 교류전원을 발생시켜 계통 연계하거나 혹은 단독 운전하는 태양광 발전용 전력변환장치(PCS)에 있어서, 태양전지 어레이(100)의 출력을 변환시키는 승압 컨버터부(110); 상기 승압 컨버터부(110)에 연결된 직류를 교류로 변환시키는 인버터부(120); 상기 승압 컨버터부(110), 상기 인버터부(120)와 각각 전기적으로 연결되어 신호 정보를 수신하여 상기 태양전지 어레이(100)의 출력 전압, 전류계측 및 출력 연산기능을 하는 표시장치(155)가 장착된 제어부(140); 상기 태양전지 어레이(100)상에 설치되어 출력이 상기 제어부(140)에 입력되도록 하는 일사량계(150)와 온도센서(160); 상기 제어부(140)와 연결되는 원격감시장치(170)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 선행문헌을 포함한 종래에는, 태양광 인버터를 사전에 진단하지 못해, 시간이 지남에 따라 효율이 떨어지고 소음 및 진동 발생이 증가할 때까지 유지 관리를 수행하지 못하던 문제점이 있었다.
일반적으로 인버터는 운전 시간이 누적됨에 따라, 효율이 저하되고, 진동 및 소음의 증가 등이 발생하는 것으로 알려져 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 100[kW]급~250[kW]급 이상의 중대용량 태양광 인버터에서 발생하는 경시변화 특성을 감시하여 사전 대응이 가능한 인버터의 진단 시스템을 제안하도록 한다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
한국공개특허 제10-2009-0024929호.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 태양광 인버터를 통해 취득한 데이터를 바탕으로 바탕으로 유지 보수를 판단하여, 관리자에게 사전에 알려줌으로써, 효율이 떨어지고, 소음 및 발생이 발생하기 이전에 유지 관리할 수 있는 태양광 인버터 진단 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 태양광 인버터 진단 시스템에 관한 것으로서, 태양전지 어레이(PV-array)로부터 발전되는 DC 전력을 AC로 변환시켜 계통으로 전달하며, 장치 내부의 진동 및 온도를 감지하고, 부품의 수명을 예측하는 전력변환장치; 및 상기 전력변환장치를 통해 취득한 데이터를 바탕으로, 유지 보수를 위한 이상상태 및 교체 판단을 수행하는 관리 서버; 를 포함한다.
또한 상기 전력변환장치는, 1차측과 2차측을 전기적으로 절연하기 위한 절연 변압기, AC 전원을 DC 전원으로 평활화 하기 위한 필터 커패시터, 출력 전류 리플을 감소시키기 위한 필터 인덕터, 대전력의 고속 스위칭이 가능한 반도체 소자인 IGBT 및 입력된 직류전원을 평활화하는 DC 링크 커패시터를 포함하는 인버터부; 상기 절연 변압기 및 필터 인덕터가 위치한 일측에 배치되어, 해당 위치의 진동을 감지하는 진동 감지부; 상기 필터 커패시터가 위치한 일측에 배치되어, 상기 필터 커패시터의 표면 온도를 감지하는 제 1 온도 감지부; 상기 IGBT가 위치한 일측에 배치되어, 해당 위치의 온도를 감지하는 제 2 온도 감지부; 상기 DC 링크 커패시터의 커패시턴스를 바탕으로, 상기 DC 링크 커패시터의 수명을 예측하는 수명 예측부; 및 상기 관리 서버의 제어신호에 따라, 상기 진동 감지부, 제 1 온도 감지부, 제 2 온도 감지부 및 수명 예측부를 통해 특정 주기 또는 시간대별로 취득한 데이터를 입력받는 데이터 관리부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 관리 서버는, 특정 주기 또는 시간대별로 '데이터 취득 요청신호' 를 상기 전력변환장치로 전송하며, 해당 특정 주기 또는 시간대별로 취득한 데이터를 상기 전력변환장치로부터 수신하는 신호 송수신부; 상기 신호 송수신부를 통해 수신한 데이터를 바탕으로, 해당 부품의 이상상태를 판단하는 이상상태 판단부; 및 상기 신호 송수신부를 통해 수신한 데이터를 바탕으로, 해당 부품의 수명에 따른 교체여부를 판단하는 교체 판단부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 이상상태 판단부는, 상기 신호 송수신부를 통해 전력변환장치로부터 수신한 데이터가 기준범위를 벗어나는지 여부를 판단하여, 기준범위를 벗어날 경우 해당 부품에 대한 이상 알림정보를 생성하여 발령하고, 이에 따른 경고 메시지를 생성하여 관리자 단말기로 전송하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 교체 판단부는, 각 부품별 수명을 설정하고 있어, 기 설정된 수명을 초과하였는지 여부를 판단하여, 초과한 경우 해당 부품에 대한 교체 알림정보를 생성하여 발령하고, 이에 따른 알림 메시지를 생성하여 관리자 단말기로 전송하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 태양광 인버터 진단 방법에 관한 것으로서, (a) 전력변환장치의 인버터부의 절연 변압기 및 필터 인덕터가 위치한 일측에 배치된 진동 감지부가 해당 위치의 진동을 감지하는 단계; (b) 인버터부의 필터 커패시터가 위치한 일측에 배치된 제 1 온도 감지부가 필터 커패시터의 표면 온도를 감지하는 단계; (c) 인버터부의 IGBT가 위치한 일측에 배치된 제 2 온도 감지부가 해당 위치의 온도를 감지하는 단계; (d) 수명 예측부가 DC 링크 커패시터의 커패시턴스를 바탕으로, 상기 DC 링크 커패시터의 수명을 예측하는 단계; (e) 데이터 관리부가 관리 서버의 제어신호에 따라, 상기 (a) 단계 내지 (d) 단계를 통해 특정 주기 또는 시간대별로 취득한 데이터를 입력받는 단계; (f) 관리 서버의 신호 송수신부가 특정 주기 또는 시간대별로 취득한 데이터를 전력변환장치의 상기 데이터 관리부로부터 수신하는 단계; (g) 관리 서버의 이상상태 판단부가 상기 (f) 단계를 통해 수신한 데이터가 기준범위를 벗어나는지 여부를 판단하는 단계; (h) 상기 (g) 단계의 판단결과, 기준범위를 벗어날 경우 상기 이상상태 판단부가 해당 부품에 대한 이상 알림정보를 생성하여 발령하고, 이에 따른 경고 메시지를 생성하여 관리자 단말기로 전송하는 단계; (i) 각 부품별 수명을 설정하고 있는 교체 판단부가 상기 (f) 단계를 통해 수신한 데이터를 바탕으로, 해당 부품이 기 설정된 수명을 초과하였는지 여부를 판단하는 단계; 및 (j) 상기 (i) 단계의 판단결과, 초과한 경우 상기 교체 판단부가 해당 부품에 대한 교체 알림정보를 생성하여 발령하고. 이에 따른 알림 메시지를 생성하여 관리자 단말기로 전송하는 단계; 를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 태양광 인버터를 사전에 진단하지 못하여 시간이 지남에 따라 효율이 떨어지고, 소음 및 진동 발생이 증가할 때까지 유지 관리를 수행하지 못하던 종래와 달리, 태양광 인버터를 통해 취득한 데이터를 바탕으로 유지 보수를 판단하여, 관리자에게 사전에 알려줌으로써, 효율이 떨어지고, 소음 및 발생이 발생하기 이전에 유지 관리할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 종래 전력 변환 장치를 보이는 일예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 태양광 인버터 진단 시스템을 개념적으로 도시한 전체 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 관리 서버에 관한 세부 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 태양광 인버터 진단 방법에 관한 전체 흐름도.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 태양광 인버터 진단 시스템에 관하여 도 2 내지 도 4 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 본 발명에 따른 태양광 인버터 진단 시스템(S)을 개념적으로 도시한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 전력변환장치(100) 및 관리 서버(200)를 포함하여 이루어진다.
전력변환장치(100)는 태양전지 어레이(PV-array)로부터 발전되는 DC 전력을 AC로 변환시켜 계통으로 전달하는 태양광 발전에 적용되는 전력 변환 장치(PCS:Power Conditioning System)로서, 장치 내부의 진동 및 온도를 감지하며, 부품의 수명을 예측하는 기능을 수행하는 바, 상기 도 2 에 도시된 바와 같이 인버터부(110), 진동 감지부(120), 제 1 온도 감지부(130), 제 2 온도 감지부(140), 수명 예측부(150) 및 데이터 관리부(160)를 포함한다.
구체적으로, 인버터부(110)는 태양전지 어레이(PV-array)로부터 발전되는 DC 전력을 AC로 변환시켜 계통으로 전달하며, 상기 도 2 에 도시된 바와 같이 1차측과 2차측을 전기적으로 절연하기 위한 절연 변압기(111), AC 전원을 DC 전원으로 평활화 하기 위한 필터 커패시터(112), 출력 전류 리플을 감소시키기 위한 필터 인덕터(113), 대전력의 고속 스위칭이 가능한 반도체 소자인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor, 절연 게이트 양극성 트랜지스터)(114) 및 입력된 직류전원을 평활화하는 DC 링크 커패시터(115) 등을 포함한다.
진동 감지부(120)는 장치의 내부에 설치된 진동 센서로서, 장치의 진동을 감지한다.
더욱 구체적으로, 진동 감지부(120)는 인버터부(110)의 절연 변압기(111) 및 필터 인덕터(113)가 위치한 일측에 배치되어, 해당 위치의 진동을 감지한다.
제 1 온도 감지부(130)는 장치의 내부에 설치된 온도 센서로서, 장치의 온도를 감지한다.
더욱 구체적으로, 제 1 온도 감지부(130)는 인버터부(110)의 필터 커패시터(112)가 위치한 일측에 배치되어, 필터 커패시터(112)의 표면 온도를 감지한다.
제 2 온도 감지부(140)는 장치의 내부에 설치된 온도 센서로서, 장치의 온도를 감지한다.
더욱 구체적으로, 제 2 온도 감지부(140)는 인버터부(110)의 IGBT(114)가 위치한 일측에 배치되어, 해당 위치의 온도를 감지한다.
수명 예측부(150)는 각 선간 스위치군의 출력 전류에 대한 기준신호 및 장치(100)의 입력 전압을 바탕으로, DC 링크 입력 전류를 산출하고, 산출된 DC 링크 입력 전류에 포함된 스위칭 회로 입력 전류의 2배에 해당하는 주파수 성분 및 리플 전압을 검출하여 실효치를 산출한 후, DC 링크 커패시터(115)의 커패시턴스를 연산함으로써, DC 링크 커패시터(115)의 수명을 예측한다.
데이터 관리부(160)은 관리 서버(200)의 제어신호에 따라, 진동 감지부(120), 제 1 온도 감지부(130), 제 2 온도 감지부(140) 및 수명 예측부(150)를 통해 특정 주기 또는 시간대별로 취득한 데이터를 입력받아 저장하며, 취득한 데이터를 관리 서버(200)로 전송한다.
이때, 데이터 관리부(160)는 입력수단 및 표시수단이 구비되어, 관리자의 제어신호를 입력받을 수 있는 HMI(HMI: Human Machine Interface)로서, 입력되는 관리자의 제어신호에 따라 데이터의 입력, 저장 및 전송 등을 수행할 수도 있다.
한편, 데이터 관리부(160)는 관리 서버(200) 또는 특정 관리자에 조작권을 부여하고, 이러한 조작권이 부여된 관리 서버(200) 또는 관리자로부터 입력되는 제어신호에 따라 동작한다.
물론, 데이터 관리부(160)는 절연 변압기(111), 필터 커패시터(112), 필터 인덕터(113), IGBT(114) 및 DC 링크 커패시터(115) 등을 포함하는 인버터부(110)에 대한 제어신호를 입력받을 수도 있으며, 인버터부(110)를 통해 운전된 데이터도 저장할 수 있다.
관리 서버(200)는 전력변환장치(100)를 통해 취득한 데이터를 바탕으로, 유지 보수를 위한 이상상태 및 교체 판단을 수행하는 바, 도 3 에 도시된 바와 같이 신호 송수신부(210), 이상상태 판단부(220) 및 교체 판단부(230)를 포함한다.
구체적으로, 신호 송수신부(210)는 특정 주기 또는 시간대별로 '데이터 취득 요청신호' 를 전력변환장치(100)로 전송하며, 해당 특정 주기 또는 시간대별로 취득한 데이터를 전력변환장치(100)로부터 수신한다.
이상상태 판단부(220)는 신호 송수신부(210)를 통해 전력변환장치(100)로부터 수신한 데이터를 바탕으로, 해당 부품의 이상상태를 판단한다.
구체적으로, 이상상태 판단부(220)는 신호 송수신부(210)를 통해 전력변환장치(100)로부터 수신한 데이터가 기준범위를 벗어나는지 여부를 판단하여, 기준범위를 벗어날 경우 해당 부품에 대한 이상 알림정보를 생성하여 발령하고, 이에 따른 경고 메시지를 생성하여 관리자 단말기(10)로 전송한다.
예를 들어, 필터 커패시터(112)의 표면 온도가 기준범위를 벗어난 경우, 이상상태 판단부(220)는 필터 커패시터(112)에 이상이 발생한 것으로 판단한다.
교체 판단부(230)는 신호 송수신부(210)를 통해 전력변환장치(100)로부터 수신한 데이터를 바탕으로, 해당 부품의 수명에 따른 교체여부를 판단한다.
구체적으로, 교체 판단부(230)는 각 부품별 수명을 설정하고 있어, 기 설정된 수명을 초과하였는지 여부를 판단하여, 초과한 경우 해당 부품에 대한 교체 알림정보를 생성하여 발령하고, 이에 따른 알림 메시지를 생성하여 관리자 단말기(10)로 전송한다.
예를 들어, 수명 예측부(150)를 통해 예측된 DC 링크 커패시터(115)의 수명과 기 설정된 수명을 비교하여, 기 설정된 수명을 초과한 경우 DC 링크 커패시터(115)를 교체해야한다고 판단한다.
이하에서는, 상술한 시스템을 이용한 태양광 인버터 진단 방법에 관하여 도 4 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4 는 본 발명에 따른 태양광 인버터 진단 방법에 관한 전체 흐름도로서, 도시된 바와 같이 전력변환장치(100)의 인버터부(110)의 절연 변압기(111) 및 필터 인덕터(113)가 위치한 일측에 배치된 진동 감지부(120)는 해당 위치의 진동을 감지하며(S10), 인버터부(110)의 필터 커패시터(112)가 위치한 일측에 배치된 제 1 온도 감지부(130)는 필터 커패시터(112)의 표면 온도를 감지하고(S20), 인버터부(110)의 IGBT(114)가 위치한 일측에 배치된 제 2 온도 감지부(140)는 해당 위치의 온도를 감지한다(S30).
또한, 전력변환장치(100)의 수명 예측부(150)는 DC 링크 커패시터(115)의 커패시턴스를 연산함으로써, DC 링크 커패시터(115)의 수명을 예측한다(S40).
이때, 수명 예측부(150)는 각 선간 스위치군의 출력 전류에 대한 기준신호 및 장치(100)의 입력 전압을 바탕으로, DC 링크 입력 전류를 산출하고, 산출된 DC 링크 입력 전류에 포함된 스위칭 회로 입력 전류의 2배에 해당하는 주파수 성분 및 리플 전압을 검출하여 실효치를 산출한 후, DC 링크 커패시터(115)의 커패시턴스를 연산함으로써, DC 링크 커패시터(115)의 수명을 예측한다.
또한, 전력변환장치(100)의 데이터 관리부(160)은 관리 서버(200)의 제어신호에 따라, 진동 감지부(120), 제 1 온도 감지부(130), 제 2 온도 감지부(140) 및 수명 예측부(150)를 통해 특정 주기 또는 시간대별로 취득한 데이터를 입력받아 저장한다(S50).
그리고, 관리 서버(200)의 신호 송수신부(210)는 특정 주기 또는 시간대별로 취득한 데이터를 전력변환장치(100)의 데이터 관리부(160)로부터 수신하며(S60), 이상상태 판단부(220)는 신호 송수신부(210)를 통해 전력변환장치(100)로부터 수신한 데이터가 기준범위를 벗어나는지 여부를 판단한다(S70).
제S70 단계의 판단결과, 기준범위를 벗어날 경우 이상상태 판단부(220)는 해당 부품에 대한 이상 알림정보를 생성하여 발령하고, 이에 따른 경고 메시지를 생성하여 관리자 단말기(10)로 전송한다(S80).
또한, 각 부품별 수명을 설정하고 있는 교체 판단부(230)는 신호 송수신부(210)를 통해 전력변환장치(100)로부터 수신한 데이터를 바탕으로, 해당 부품이 기 설정된 수명을 초과하였는지 여부를 판단한다(S90).
제S90 단계의 판단결과, 초과한 경우 교체 판단부(230)는 해당 부품에 대한 교체 알림정보를 생성하여 발령하고, 이에 따른 알림 메시지를 생성하여 관리자 단말기(10)로 전송한다(S100).
한편, 제S70 단계의 판단결과, 기준범위를 벗어나지 않을 경우, 이상상태 판단부(220)는 해당 부품을 정상상태로 판단하여 프로세스를 종료하며, 제S100 단계의 판단결과, 초과하지 않은 경우, 교체 판단부(230)는 해당 부품이 교체가 이루어지지 않아도 되는 것으로 판단하여 프로세스를 종료한다.
지금까지 상술한 바와 같은 태양광 인버터 진단 시스템 및 그 방법은, 100[kW]급~250[kW]급 이상의 중대용량 태양광 인버터에 적용가능한 특징적인 장점을 가진다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
100: 전력변환장치 200: 관리 서버
110: 인버터부 120: 진동 감지부
130: 제 1 온도 감지부 140: 제 2 온도 감지부
160: 수명 예측부 160: 데이터 관리부
210: 신호 송수신부 220: 이상상태 판단부
230: 교체 판단부 111: 절연 변압기
112: 필터 커패시터 113: 필터 인덕터
114: IGBT 115: DC 링크 커패시터

Claims (6)

  1. 태양전지 어레이(PV-array)로부터 발전되는 DC 전력을 AC로 변환시켜 계통으로 전달하며, 장치 내부의 진동 및 온도를 감지하고, 부품의 수명을 예측하는 전력변환장치; 및
    상기 전력변환장치를 통해 취득한 데이터를 바탕으로, 유지 보수를 위한 이상상태 및 교체 판단을 수행하는 관리 서버; 를 포함하는 태양광 인버터 진단 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력변환장치는,
    1차측과 2차측을 전기적으로 절연하기 위한 절연 변압기, AC 전원을 DC 전원으로 평활화 하기 위한 필터 커패시터, 출력 전류 리플을 감소시키기 위한 필터 인덕터, 대전력의 고속 스위칭이 가능한 반도체 소자인 IGBT 및 입력된 직류전원을 평활화하는 DC 링크 커패시터를 포함하는 인버터부;
    상기 절연 변압기 및 필터 인덕터가 위치한 일측에 배치되어, 해당 위치의 진동을 감지하는 진동 감지부;
    상기 필터 커패시터가 위치한 일측에 배치되어, 상기 필터 커패시터의 표면 온도를 감지하는 제 1 온도 감지부;
    상기 IGBT가 위치한 일측에 배치되어, 해당 위치의 온도를 감지하는 제 2 온도 감지부;
    상기 DC 링크 커패시터의 커패시턴스를 바탕으로, 상기 DC 링크 커패시터의 수명을 예측하는 수명 예측부; 및
    상기 관리 서버의 제어신호에 따라, 상기 진동 감지부, 제 1 온도 감지부, 제 2 온도 감지부 및 수명 예측부를 통해 특정 주기 또는 시간대별로 취득한 데이터를 입력받는 데이터 관리부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 진단 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 관리 서버는,
    특정 주기 또는 시간대별로 '데이터 취득 요청신호' 를 상기 전력변환장치로 전송하며, 해당 특정 주기 또는 시간대별로 취득한 데이터를 상기 전력변환장치로부터 수신하는 신호 송수신부;
    상기 신호 송수신부를 통해 수신한 데이터를 바탕으로, 해당 부품의 이상상태를 판단하는 이상상태 판단부; 및
    상기 신호 송수신부를 통해 수신한 데이터를 바탕으로, 해당 부품의 수명에 따른 교체여부를 판단하는 교체 판단부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 진단 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 이상상태 판단부는,
    상기 신호 송수신부를 통해 전력변환장치로부터 수신한 데이터가 기준범위를 벗어나는지 여부를 판단하여, 기준범위를 벗어날 경우 해당 부품에 대한 이상 알림정보를 생성하여 발령하고, 이에 따른 경고 메시지를 생성하여 관리자 단말기로 전송하는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 진단 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 교체 판단부는,
    각 부품별 수명을 설정하고 있어, 기 설정된 수명을 초과하였는지 여부를 판단하여, 초과한 경우 해당 부품에 대한 교체 알림정보를 생성하여 발령하고, 이에 따른 알림 메시지를 생성하여 관리자 단말기로 전송하는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 진단 시스템.
  6. (a) 전력변환장치의 인버터부의 절연 변압기 및 필터 인덕터가 위치한 일측에 배치된 진동 감지부가 해당 위치의 진동을 감지하는 단계;
    (b) 인버터부의 필터 커패시터가 위치한 일측에 배치된 제 1 온도 감지부가 필터 커패시터의 표면 온도를 감지하는 단계;
    (c) 인버터부의 IGBT가 위치한 일측에 배치된 제 2 온도 감지부가 해당 위치의 온도를 감지하는 단계;
    (d) 수명 예측부가 DC 링크 커패시터의 커패시턴스를 바탕으로, 상기 DC 링크 커패시터의 수명을 예측하는 단계;
    (e) 데이터 관리부가 관리 서버의 제어신호에 따라, 상기 (a) 단계 내지 (d) 단계를 통해 특정 주기 또는 시간대별로 취득한 데이터를 입력받는 단계;
    (f) 관리 서버의 신호 송수신부가 특정 주기 또는 시간대별로 취득한 데이터를 전력변환장치의 상기 데이터 관리부로부터 수신하는 단계;
    (g) 관리 서버의 이상상태 판단부가 상기 (f) 단계를 통해 수신한 데이터가 기준범위를 벗어나는지 여부를 판단하는 단계;
    (h) 상기 (g) 단계의 판단결과, 기준범위를 벗어날 경우 상기 이상상태 판단부가 해당 부품에 대한 이상 알림정보를 생성하여 발령하고, 이에 따른 경고 메시지를 생성하여 관리자 단말기로 전송하는 단계;
    (i) 각 부품별 수명을 설정하고 있는 교체 판단부가 상기 (f) 단계를 통해 수신한 데이터를 바탕으로, 해당 부품이 기 설정된 수명을 초과하였는지 여부를 판단하는 단계; 및
    (j) 상기 (i) 단계의 판단결과, 초과한 경우 상기 교체 판단부가 해당 부품에 대한 교체 알림정보를 생성하여 발령하고. 이에 따른 알림 메시지를 생성하여 관리자 단말기로 전송하는 단계; 를 포함하는 태양광 인버터 진단 방법.
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