KR101030925B1 - 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템 - Google Patents

Abstract

접속함 내에서 태양전지모듈의 각 라인별 접촉 불량과 접속함과 인버터 간의 라인 접촉 불량과 전력 라인과 인버터 간의 접촉 불량을 감시하여 고장 개소의 위치 확인에 용이함을 제공하고, 변환되어 공급되는 교류전력의 중성선 단선 발생시 전압 불평형에 의해 부하의 기기가 소손되는 것을 방지하기 위한 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템이 개시된다.
개시된 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템은, 태양전지모듈 어레이와; 변환한 전기에너지를 결합하여 출력하는 접속함과; 접속함을 통해 출력되는 전기에너지를 전력선을 통해 전달받아, 교류 전력으로 변환하는 전력 변환기와; 접속함 내의 각 라인별 접촉 불량, 접속함과 인버터 사이의 전력선 접촉 불량, 전력 변환기 내의 접촉 불량을 감시하여, 접촉 불량으로 판단되면 경보를 수행함과 동시에 관리자 단말기로 경고 정보를 전송하고, 원격에서 관리자 단말기로부터 전송된 제어 명령에 따라 전력 차단기를 제어하는 감시 장치와; 한전계통에 입력되는 3상 4선식(R, S, T, N) 공급 전력의 결상을 감지하고, 결상이 감지되면 중성선 단선으로 판단하고 중성선을 대체하여 단상 전력에 연결된 부하가 소손되는 것을 방지하는 중성선 대체장치를 구비한다.

Description

감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템{Solar power generation system with monitoring and neutral line replacement}

본 발명은 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 접속함 내에서 태양전지모듈의 각 라인별 접촉 불량과 접속함과 인버터 간의 라인 접촉 불량과 전력 라인과 인버터 간의 접촉 불량을 감시하여 고장 개소의 위치 확인에 용이함을 제공하고, 인버터에 의해 변환되어 공급되는 교류전력의 중성선 단선 발생시 전압 불평형에 의해 부하의 기기가 소손되는 것을 방지하기 위한 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템에 관한 것이다.

일반적으로 널리 사용되는 화석에너지는 그 양이 한정되어 있으므로 언젠가는 고갈되고 여러 오염물질을 배출하기 때문에 대부분의 국가에서는 이를 대체하여 사용할 수 있는 대체에너지를 개발하고 있는 실정이다.

화석에너지를 대체할 수 있는 에너지는 여러 종류가 있는바, 조수 간만의 차를 이용하여 에너지를 생성하는 조력, 파도를 이용하여 에너지를 생성하는 파력, 바람의 힘을 이용하여 에너지를 생성하는 풍력, 그리고 땅속의 열을 이용하여 에너지를 생성하는 지열, 그리고 이들 에너지의 근원이 되는 태양 에너지가 있다.

이러한 태양 에너지를 생산하는 태양광 발전은 태양 및 에너지를 전기 에너지로 변환하여 발전하는 시스템을 말하며, 발전된 직류 전기 에너지는 전력 변환 장치(인버터)를 통하여 교류 전기에너지로 변환된다.

생산된 전기는 한전계통과 연계되어 부하 측에 공급하게 되며, 나머지 전력은 한전계통으로 역 전송된다. 여기서 부족한 전기는 한전으로부터 공급받게 된다.

이와 같이 계통과 연계되어 시스템이 구축될 경우, 태양전지모듈을 어레이 형태로 사용하게 되며, 접속함에는 태양전지모듈과 연결하기 위한 회로 군을 내장하고, 접속함과 전력 변환 장치인 인버터 간에는 전력선을 이용하여 접속하게 된다.

그러나 이러한 일반적인 태양광 발전 시스템은, 복수의 태양전지모듈을 접속함에서 묶어서 4선을 통해 인버터로 전력을 송신하게 되는 데, 이때 어느 태양전지모듈에 접촉 불량이 발생했는지를 감시하지 못하는 단점이 있으며, 발전량 등에 문제가 발생한 경우에는 일일이 태양전지모듈을 개별적으로 확인해야하기 때문에 보수 시간도 많이 걸리고 보수도 어려운 단점이 있다.

여기서 특정 회로에 접촉 불량이 발생한 경우, 단시간에는 시스템에 별반 문제가 없으나, 장기적으로 보면 화재라든지 단선 등의 고장을 일으키게 된다.

또한, 일반적인 태양광 발전 시스템은, 접속함과 전력 변환 장치인 인버터가 전력선으로 연결되는 데, 그 전력선 라인의 접촉 불량이나 단선 등을 검출하지 못하는 단점도 있다.

또한, 주지한 바와 같은 태양광 발전 시스템은, 인버터에서 변환된 교류 전력을 한전계통에 공급할 때, 중성선(N) 단선을 검출할 수 없을 뿐 아니라 중성선 단선에 대한 보완책이 없으므로, 중성선 단선시 전압 불평형에 의해 부하 측 기기가 소손되는 문제점도 유발하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 일반적인 태양광 발전 시스템에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,

본 발명이 해결하려는 과제는, 접속함 내에서 태양전지모듈의 각 라인별 접촉 불량, 접속함과 인버터 간의 라인 접촉 불량, 전력 라인과 인버터 간의 접촉 불량을 감시할 수 있도록 하여, 고장 개소의 위치 확인에 용이함을 제공하도록 한 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 태양광 발전시스템 내의 접촉 불량을 검출하고, 접촉 불량이 검출되면 이를 관리자에게 통보해주어 후속 조치를 신속하게 취할 수 있도록 도모해줌으로써, 접촉 불량으로 인한 추후 고장을 예방할 수 있도록 한 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 인버터에 의해 변환되어 공급되는 교류전력의 중성선 단선 발생시 전압 불평형에 의해 부하의 기기가 소손되는 것을 방지하도록 한 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 원격에서 신속하게 태양광 발전시스템을 제어할 수 있도록 하여, 접촉 불량이나 중성선 단선으로 인해 발생할 수 있는 사고를 예방할 수 있도록 한 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 "감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템"은,

태양광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 태양전지모듈 어레이와;

상기 태양전지모듈 어레이에서 변환한 전기에너지를 결합하여 출력하는 접속함과;

상기 접속함을 통해 출력되는 전기에너지를 전력선을 통해 전달받아, 교류 전력으로 변환하는 전력 변환기와;

상기 접속함 내의 각 라인별 접촉 불량, 상기 접속함과 인버터 사이의 전력선 접촉 불량, 상기 전력 변환기 내의 접촉 불량을 감시하여, 접촉 불량으로 판단되면 경보를 수행함과 동시에 관리자 단말기로 경고 정보를 전송하고, 원격에서 상기 관리자 단말기로부터 전송된 제어 명령에 따라 전력 차단기를 제어하는 감시 장치와;

상기 전력 변환기와 한전계통 사이에 구비되어, 상기 한전계통에 입력되는 3상 4선식(R, S, T, N) 공급 전력의 결상을 감지하고, 상기 결상이 감지되면 중성선 단선으로 판단하고 상기 중성선을 대체하여 단상 전력에 연결된 부하가 소손되는 것을 방지하는 중성선 대체장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 감시장치는,

특정 위치의 전원 상태 값을 실시간으로 검출하고 디지털화하는 전원 변환기와;

상기 디지털 데이터를 전력품질을 판단하기 위한 기본적인 요소별 정보로 변환을 하여 전원 상태 데이터를 생성하고, 상기 전원 상태 데이터를 기반으로 전력품질을 연산하여 추출하며, 상기 추출한 전력품질 요소별로 변화량을 분석하여 일정량 이상 변환된 경우, 그 변화량에 대한 퍼지 룰 테이블을 적용하여 결과를 추출하고, 상기 추출한 퍼지 룰 테이블의 결과를 다면 평가법에 적용하여 특정 위치의 접촉 불량을 판단하며, 접촉 불량 시 경보 발생 제어와 관리자 단말기로의 경보정보의 전송을 제어하며, 원격에서 송신된 전력 차단 제어 명령에 따라 전력 차단기를 제어하는 제어기와;

상기 제어기와 연계하여 접촉 불량에 대한 경보를 발생하는 경보 발생기와;

상기 제어기와 연동하여 상기 경보 정보의 전송을 수행하고, 원격에서 유무선 통신을 통해 전송된 원격 제어 명령을 수신하여 상기 제어기에 전달하는 통신모듈을 포함한다.

상기에서 중성선 대체장치는,

상기 중성선의 단선 여부를 검출하는 단선 검출기와;

상기 단선 검출기에 의해 출력된 단선 검출 값으로 단선 여부를 판단하고, 단선시 중성선 대체를 위한 제어신호를 발생하는 제어기와;

상기 제어기에서 발생하는 제어신호에 따라 한전계통에 공급되는 전력 선의 중성선을 대체하여 단상 전압의 평형을 유지하는 중성선 보호기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 단선 검출기는,

R, S, T상의 위상신호를 감지하는 위상 감지기와;

상기 위상 감지기에서 감지한 R, S, T상 중 어느 하나의 상의 레벨이 하이레벨로 일정 시간 이상동안 지속하면 결상으로 판단하는 결상 판단기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 중성선 보호기는,

3상(R, S, T)의 연결을 위한 스위치와;

상기 3상과 대체용 중성선(N)을 연결하여 단상 전압의 평형을 유지하기 위한 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 중성선 대체장치는,

상기 제어기에 의해 출력되는 경보발생 제어신호에 따라 중성선 단선을 경보하는 경보 발생기와;

상기 경보 발생기에 의해 경보가 발생한 후 관리자에 의해 경보해제를 위한 경보해제 스위치가 조작되면 경보해제 신호를 발생하여 상기 제어기에 전달하는 경보해제 신호 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 태양광 발전시스템에서 접속함 내에서 태양전지모듈의 각 라인별 접촉 불량, 접속함과 인버터 간의 라인 접촉 불량, 전력 라인과 인버터 간의 접촉 불량을 감시할 수 있으므로, 고장 개소의 위치 확인에 용이함을 도모해주는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 태양광 발전시스템 내의 접촉 불량을 검출하고, 접촉 불량이 검출되면 이를 관리자에게 통보해주어 후속 조치를 신속하게 취할 수 있도록 도모해줌으로써, 접촉 불량으로 인한 추후 고장을 예방할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 인버터에 의해 변환되어 공급되는 교류전력의 중성선 단선 발생시 전압 불평형에 의해 부하의 기기가 소손되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 원격에서도 신속하게 태양광 발전시스템을 제어할 수 있으므로, 접촉 불량이나 중성선 단선으로 인해 발생할 수 있는 사고를 예방할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템의 전체 구성도.
도 2는 도 1의 감시장치의 블록도.
도 3a는 정상상태에서의 전원 전압과 저항부하의 파형 그래프이고, 도 3b는 접촉불량시의 전원 전압과 저항부하의 파형 그래프이다.
도 4a 내지 도4f는 본 발명에 적용되는 퍼지 룰 테이블.
도 5는 본 발명에서 다면 평가법으로 특정 위치의 접촉불량을 판단한 것을 설명하기 위한 설명도.
도 6은 도 1의 중성선 보호장치의 일 실시 예 구성도.
도 7은 도 6의 단선 검출기의 일 실시 예 구성도.
도 8은 도 6의 중성선 보호기의 실시 예도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템의 회로도로서, 태양전지모듈(100), 접속함(200), 전력 변환기(300), 감시 장치(400), 중성선 보호장치(500) 및 한전 계통(600)을 포함한다.

태양전지모듈 어레이(100)는 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 것으로서, 다수의 태양전지모듈(101 ~ 108)이 어레이 형태로 설치된다.

접속함(200)은 상기 다수의 태양전지모듈(101 ~108)에서 변환한 전기에너지를 결합하여 출력하는 부분으로서, 이러한 접속함(200)에는 하나의 태양전지모듈 라인에는 퓨즈와 다이오드가 구비되며, 각각의 태양전지모듈에서 출력되는 전기에너지를 결합하여 출력할 때 최후단에는 메인 차단기(MCCB)가 구비되며, 수평면 일사량계, 경사면 일사량계, 태양전지 표면온도 센서 및 외기온도센서와 같은 각종 센서의 신호를 입력받아 신호 처리하고, 이를 기반으로 전력 변환기(300) 내의 인버터(310)를 제어하는 센서 박스(210)가 구비된다.

전력 변환기(300)는 상기 접속함(200)을 통해 출력되는 전기에너지를 전력선(10)을 통해 전달받아, 교류 전력으로 변환하는 기능을 수행한다. 이러한 전력 변환기(300) 내에는 전단에 메인 차단기(MCCB)가 구비되고, 그 후단에는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터(310)가 구비되며, 인버터(310)의 후단에는 마그네틱 스위치(MC)가 구비되고, 마그네틱 스위치(MC)의 후단에는 다시 메인 차단기(MCCB)가 구비된다.

상기와 같은 구성은 일반적인 태양광 발전시스템에 구비되는 구성이며, 본 발명은 상기와 같은 일반적인 태양광 발전시스템에 감시 장치(400)와 중성선 대체장치(500)를 부가하여, 특정 위치의 접촉 불량을 감시하고, 중성선 단선시 보호장치로서 동작을 하게 된다.

감시 장치(400)는 상기 접속함(200) 내의 각 라인별 접촉 불량, 상기 접속함(200)과 상기 인버터(310) 사이의 전력선 접촉 불량, 상기 전력 변환기(300) 내의 접촉 불량을 감시하여, 접촉 불량으로 판단되면 경보를 수행함과 동시에 관리자 단말기로 경고 정보를 전송하고, 원격에서 상기 관리자 단말기로부터 전송된 제어 명령에 따라 전력 차단기를 제어하는 기능을 수행한다.

이러한 감시장치(400)는 도 2에 도시된 바와 같이, 특정 위치의 전원 상태 값을 실시간으로 검출하고 디지털화하는 전원 변환기(410)와; 상기 디지털 데이터를 전력품질을 판단하기 위한 기본적인 요소별 정보로 변환을 하여 전원 상태 데이터를 생성하고, 상기 전원 상태 데이터를 기반으로 전력품질을 연산하여 추출하며, 상기 추출한 전력품질 요소별로 변화량을 분석하여 일정량 이상 변환된 경우, 그 변화량에 대한 퍼지 룰 테이블을 적용하여 결과를 추출하고, 상기 추출한 퍼지 룰 테이블의 결과를 다면 평가법에 적용하여 특정 위치의 접촉 불량을 판단하며, 접촉 불량 시 경보 발생 제어와 관리자 단말기로의 경보정보의 전송을 제어하며, 원격에서 송신된 전력 차단 제어 명령에 따라 전력 차단기를 제어하는 제어기(420)와; 상기 제어기와 연계하여 접촉 불량에 대한 경보를 발생하는 경보 발생기(430)와; 상기 제어기와 연동하여 상기 경보 정보의 전송을 수행하고, 원격에서 유무선 통신을 통해 전송된 원격 제어 명령을 수신하여 상기 제어기에 전달하는 통신모듈(440)을 포함한다.

중성선 대체장치(500)는 상기 전력 변환기(300)와 한전계통(600) 사이에 구비되어, 상기 한전계통(600)에 입력되는 3상 4선식(R, S, T, N) 공급 전력의 결상을 감지하고, 상기 결상이 감지되면 중성선 단선으로 판단하고 상기 중성선을 대체하여 단상 전력에 연결된 부하가 소손되는 것을 방지하는 역할을 한다.

이러한 중성선 대체장치(500)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 중성선의 단선 여부를 검출하는 단선 검출기(510)와; 상기 단선 검출기(510)에 의해 출력된 단선 검출 값으로 단선 여부를 판단하고, 단선시 중성선 대체를 위한 제어신호를 발생하는 제어기(520)와; 상기 제어기(520)에서 발생하는 제어신호에 따라 상기 단선된 중성선을 대체하여 단상 전압의 평형을 유지하는 중성선 보호기(530)와; 상기 제어기(520)에 의해 출력되는 경보발생 제어신호에 따라 중성선 단선을 경보하는 경보 발생기(540)와; 상기 경보 발생기(540)에 의해 경보가 발생한 후 관리자에 의해 경보해제를 위한 경보해제 스위치가 조작되면 경보해제 신호를 발생하여 상기 제어기(520)에 전달하는 경보해제 신호 입력부(550)를 포함한다.

여기서 단선 검출기(510)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 입력되는 전력이 각 상에 대한 위상신호를 감지하는 위상 감지기(511)와; 상기 위상 감지기(511)에서 감지한 R, S, T 상 중 어느 하나의 상의 레벨이 하이레벨로 일정시간 이상동안 지속하면 결상으로 판단하고 결상 감지 값을 출력하는 결상 판단기(512)를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 중성선 보호기(530)는, 3상(R, S, T)의 연결을 위한 스위치(M1)와; 상기 3상과 대체용 중성선(N)을 연결하여 단상 전압의 평형을 유지하기 위한 코일(L1 ~ L3)을 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템은, 태양전지모듈 어레이(10))에 구비된 복수의 태양전지모듈(101 ~ 108)에서 태양 에너지를 전기 에너지로 변환을 하게 되고, 이렇게 변환된 전기에너지는 접속함(200) 내의 다수의 퓨즈(F1 ~ F8)와 다수의 다이오드(D1 ~ D8)로 이루어진 각각의 라인을 통과한 후 하나로 결합되어 메인 차단기(MCCB)를 통해 전력선(10)으로 출력된다.

전력선(10)으로 출력되는 직류 전력은 전력 변환기(300)에 전달되고, 전력 변환기(300) 내의 인버터(310)를 통해 교류 전력으로 변환되어 마그네틱 스위치(MC), 메인 차단기(MCCB)를 순차 통해 한전계통(600)으로 전달된다. 여기서 한전 계통(600)은 통상의 LV 패널, 분전반, 배선용 차단기 등이 구비되어, 태양 발전 전력과 한전 전력을 부하에 공급해주게 된다.

이렇게 동작하는 태양광 발전 시스템에 있어서, 본 발명은 감시장치(400)에서 특정 위치별로 접촉 불량을 검출하게 된다. 본 발명에서는 편의상 특정 위치를 접속함(200) 내의 각각의 태양전지모듈과 연결된 라인, 전력선(10)의 임의 위치, 전력 변환기(300) 내의 전력 입력단으로 설정하였다. 이러한 특정 위치는 사용자나 시스템 설계자에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 당해 분야에 종사하는 업자라면 자명하다 할 것이다.

감시장치(400)의 전원 변환기(410)는 특정 위치의 전원 상태 값을 실시간으로 검출하고 디지털화하여 제어기(420)에 전달한다.

제어기(420)는 디지털 데이터를 전력품질을 판단하기 위한 기본적인 요소별 정보로 변환을 하여 전원 상태 데이터를 생성하고, 상기 전원 상태 데이터를 기반으로 전력품질을 연산하여 추출하며, 상기 추출한 전력품질 요소별로 변화량을 분석하여 일정량 이상 변환된 경우, 그 변화량에 대한 퍼지 룰 테이블을 적용하여 결과를 추출하고, 상기 추출한 퍼지 룰 테이블의 결과를 다면 평가법에 적용하여 특정 위치의 접촉 불량을 판단하며, 접촉 불량 시 경보 발생 제어와 관리자 단말기로의 경보정보의 전송을 제어하게 된다.

예컨대, 제어기(420)는 상기 디지털 데이터를 전력품질을 판단하기 위한 기본적인 요소별 정보로 변환을 하여 전원 상태 데이터를 생성한다. 여기서 전력품질을 판단하기 위한 기본적인 요소별 정보는, 역률, 고조파 발생 여부, 과전류, 서지, 단선 여부, swell 등을 포함하며, 상기 각 상 별로 검출한 전류 및 전압을 토대로 기본적인 요소별 전력품질을 연산하는 방법은 공지의 전력 계측 방법에서 사용하는 방법을 그대로 적용하므로, 상세한 설명은 생략한다.

다음으로, 미리 내장된 접촉불량 검출 알고리즘을 실행시켜 중성선의 전기적 접촉불량을 검출하게 된다. 여기서 접촉불량 검출 알고리즘은, 상기 전원 상태 데이터와 요소별로 저장된 정상상태에서의 파형을 기반으로 전력품질을 연산하여 추출하고, 그 추출한 전력품질 요소별로 변화량을 분석하여 일정량 이상 변화된 경우 그 변화량에 대한 퍼지 룰 테이블을 적용하여 접촉불량 여부를 검출하게 된다.

여기서 요소별 전력 품질의 변화량은 다수의 전력품질 중 어느 하나의 요소에 대한 품질 변화가 발생하여도 전력품질에 변화가 발생한 것으로 판단을 한다.

도 3a는 접촉불량이 발생하지 않은 경우, 전원 전압과 저항부하의 파형을 도시한 그래프이고, 도 3b는 접촉불량의 발생시 전원 전압과 저항부하의 파형을 도시한 그래프이다.

따라서 이상상태의 전압/전류 파형과 접촉불량 시의 전압/전류 파형이 상이하게 되므로, 이러한 전압/전류 파형을 이용하게 되면, 전력 품질의 변화 여부를 용이하게 알 수 있다. 요소별 전력품질의 변화를 판단하기 위한 가장 용이한 방법 중의 하나가 이전 상태의 요소별 전력품질과 현 상태의 요소별 전력품질을 비교하여 그 차이로 전력품질의 변화 여부를 판단하는 것이다.

다음으로, 전력품질에 변화가 발생하지 않거나 전력품질에 변화가 발생하였으나 그 변화량이 아주 미세한 경우에는 정상상태로 판단을 하고, 이와는 달리 전력품질에 변화가 발생하였으며, 그 변화량이 정상상태로 판단하기 위한 범주를 넘어선 경우에는 이상상태로 판단을 하고, 변화량에 대한 퍼지 룰 테이블을 적용한다.

도 4a 및 도 4f는 본 발명에 적용된 퍼지 룰 테이블의 일 예를 도시한 것이다. 여기서 ZO는 1, PS는 2, PM은 4, PB는 6으로 설정하였으며, 검출전압(V)과 아크 판단의 기준이 되는 고조파의 전압 임계치(

) 및 전압 THDE(

)의 출현 여부, 검출전압과 아크 판단의 기준이 되는 전류 임계치(

) 및 전류 THDE(

)의 출현 여부, 전압 임계치와 전압 THDE와의 상관관계, 전류 임계치와 전류 THDE와의 상관관례를 고려하여 퍼지 룰 테이블을 구현하였다.

이렇게 구현된 퍼지 룰 테이블에 검출한 요소별 변화량을 대입하여 결과치를 산출하고, 이후 획득한 결과치를 도 5와 같은 다면 평가법을 이용하여 특정 위치의 접촉불량 여부를 판단하게 된다.

여기서 다면 평가법은 6개(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ)의 결과치가 10으로 표시되는 육각형 내에 존재하면 접촉불량으로 판단하지 않고, 이와는 달리 6개의 결과치가 도 5에 도시한 바와 같이 10으로 표시되는 육각형을 벗어난 경우에는 접촉불량으로 판단하게 된다. 도 5를 살펴보면, 6개의 결과치중 Ⅴ의 값이 다른 값에 비해 상대적으로 크거나, Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ의 값은 정상적인데 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ의 값이 기준 값을 초과한 경우 접촉불량으로 판단하는 것을 보인 것이다.

주지한 바와 같은 방법으로 일차 판단한 결과 접촉불량으로 판단되면, 신뢰성을 위해 전기적 접촉불량을 판단하기 위해서 미리 실험에 의해 산출한 일정기간 이상 지속하는지를 확인한다. 이것은 전기적 접촉불량이 순간적으로 발생한 후 다시 정상상태로 되돌아간 경우에는 부하에 장애를 발생하지 않기 때문에, 순간적인 접촉불량일 경우에는 경보를 발생하지 않기 위함이다. 여기서 본 발명에서는 일정기간(지속 시간)으로 전기적 접촉불량 여부를 재판단하였으나, 이러한 방법 이외에 발생하는 아크의 반복 회수를 이용하여 최종적인 전기적 접촉불량을 판단할 수도 있다.

이후 최종적으로 전기적 접촉불량으로 판단되면, 제어기(220)는 경보 발생기(430)를 동작시켜 접촉 불량에 대한 경보를 발생하게 된다. 여기서 도면에는 도시하지 않았지만 표시기를 이용하여 접촉 불량이 발생한 위치를 표시해줌으로써, 관리자는 접촉 불량이 발생한 개소를 용이하게 알 수 있다. 접촉 불량이 발생한 위치는 각 위치별로 고유번호나 별도의 식별정보를 부여하는 것으로 간단하게 위치를 식별할 수 있다.

한편, 제어기(420)는 접촉 불량에 대한 경보시 접촉 불량이 발생한 위치 정보를 포함한 경보 정보를 생성하고, 미리 내장된 관리자 단말기의 정보를 탐색한 후 통신 모듈에 관리자 단말기의 정보와 경보 정보를 전달하여, 통신 모듈(440)을 통해 경보 정보가 원격에 위치한 관리 서버나 관리자 단말기에 신속하게 전송될 수 있도록 한다.

원격에 위치한 관리자는 관리 서버나 관리자 단말기를 통해 상기와 같은 경보 정보를 수신하게 되고, 원격에서 메인 차단기를 차단하기 위한 전력 제어 명령을 발신한다. 이렇게 전송된 원격 제어 명령은 통신 모듈(440)을 통해 수신되어 제어기(420)에 전달되고, 제어기(420)는 이러한 원격 제어 명령에 따라 메인 차단기를 자동으로 동작시켜 접촉 불량에 의해 사고가 발생하는 것을 예방하게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 다른 특징으로서 인버터(310)에 의해 변환된 교류 전력이 한전계통(600)에 전달될 때, 중성선 단선을 검출할 수 있으며, 중성선 단선 검출시 보호 동작을 하여 과전압이나 이상전압 등의 전압 불평형에 의해 부하가 소손되는 사고를 예방하게 된다.

예컨대, 이러한 사고를 미리 방지하기 위해서 본 발명에서는 중성선 대체장치(500)가 항상 중성선의 상태를 감지하고, 중성선의 단선이 감지되면 즉시 경보를 수행함과 동시에 다른 중성선으로 대체를 하여, 상간 전압 불균형을 보상함과 동시에 경부하 쪽에 과전압이 흐르지 못하도록 작용을 한다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 인버터(310)에 의해 교류 전력이 공급되면, 단선 검출기(510)는 동작을 하여 중성선(N)의 단선 여부를 검출하고, 그 검출한 단선 검출 값을 제어기(520)에 전달한다. 예컨대, 단선 검출기(510)의 위상 감지기(511)는 실시간으로 입력되는 3상 전력의 R, S, T 상의 위상신호를 감지하게 되고, 결상 판단기(512)에서 상기 위상 감지기(511)에서 감지한 각 상별 위상 신호중 어느 하나의 상의 레벨이 하이레벨로 결상을 판단하기 위해 미리 설정된 일정시간 이상동안 유지되는지를 확인하고, 이 확인 결과 상기 어느 하나의 상이라도 하이레벨로 일정시간 이상동안 유지될 경우 결상으로 판단하고, 단선 검출 값을 제어기(520)에 전달하게 된다. 여기서 중성선이 단선될 경우 임의의 상 레벨이 하이레벨이 된다.

여기서 단선 검출 값은 결상이 검출될 경우 하이신호(5V)를 출력하고, 결상이 검출되지 않을 경우 결상 검출 값은 로우신호(0V)를 출력하게 된다.

제어기(520)는 상기 단선 검출기(510)로부터 제공되는 단선 검출 값을 내장된 제어 프로그램으로 분석하여, 중성선 단선이 아니라고 판단이 되면 중성선 보호기(530)를 동작하지 않게 되며, 이와는 달리 중성선 단선이라고 판단이 되면 중성선 보호기(530)를 동작시키게 된다.

중성선 보호기(530)는 내부적으로 중성선을 구비하고, 상기 제어기(520)에 의해 동작 제어신호가 전달되면, 스위치(M1)가 동작을 하여 3상(R, S, T)을 연결하게 되고, 이후 대체용 중성선(N)과 각상별 코일(L1 ~ L3)을 연결하게 된다. 즉, 대체용 중성선(N)은 항상 존재한 상태에서 중성선 단선시 3상을 대체용 중성선에 연결하여 단선된 중성선을 대체하게 된다. 여기서 중성선 접속은 마그넷 스위치 등을 이용하면 쉽게 접속할 수 있다.

중성선 보호기(530)가 동작을 하여 단선된 중성선을 대체하면, 중성선 단선으로 인해 발생할 수 있는 각상별 단상 전압의 불평형을 이전과 같이 평형 상태로 유지할 수 있으며, 이로 인해 전력 변환기(300)에서 한전계통(600)으로 공급되는 전력 중 중성선이 단선되어도 종래와 같이 경부하 쪽에 과전압이 흘러 전기기기를 소손하게 되는 문제를 방지하게 된다.

한편, 제어기(520)는 주지한 바와 같이 중성선의 단선으로 판단이 되면 즉시 경보 발생기(540)를 구동시키게 된다. 경보 발생기(540)는 구동을 하여 중성선 단선을 경보하게 되는 데, 본 발명에서는 시각적인 경보 및/또는 청각적인 경보 방법을 이용하여 경보를 하게 된다.

시각 또는 청각 경보가 발생한 상태에서 관리자가 이를 인식하면, 신속하게 후속 조치를 취하게 되고, 이로써 중성선의 단선으로 인해 발생할 수 있는 각종 사고를 방지하게 되는 것이다.

또한, 관리자는 필요에 따라 발생한 경보를 해제할 수 있다. 예컨대, 경보해제 신호 입력부(550)에 구비된 경보해제 스위치를 조작하면, 경보해제신호 입력부(550)에서 경보해제 신호를 발생하여 제어기(520)에 전달한다.

제어기(520)는 경보 해제신호가 전달되면, 경보 발생기(540)의 동작을 정지시켜, 경보를 해제하게 된다.

또한, 본 발명은 중성선 단선에 대한 경보를 수행한 후, 미리 설정된 일정 시간 이내에 경보 해제가 요청되지 않으면 자동으로 부하에 공급되는 전력(단상 전력)을 차단하여, 중성선 단선으로 인해 발생할 수 있는 사고를 미리 방지하게 된다.

또한, 본 발명은 주지한 바와 같이, 중성선 단선에 의해 중성선 보호기(530)를 동작시킨 상태에서 단선 검출기(510)를 통해 중성선 단선을 지속적으로 검출하게 되는 데, 이때 중성선 단선으로 인해 중성선 보호기(530)를 동작시켰는데도 불구하고 전압 불평형이 검출되면, 제어기(520)에서 자동으로 메인 차단기를 동작시키거나 단상 부하 전력을 차단하거나 메인 차단기와 단상 부하 전력을 동시에 차단하여 부하의 기기가 소손되는 것을 방지하게 된다.

즉, 본 발명에 따르면 태양광 발전 시스템에 있어서, 전력 변환기에서 한전계통으로 공급되는 전력의 중성선이 단선되면 자동으로 예비 중성선으로 자동 절체를 수행하여, 중성선 단선으로 인해 발생하는 상별 전압 불평형을 방지하여, 경부하쪽의 전기기기가 소손되는 것을 방지하게 된다. 그리고 중성선 단선이 발생하면 바로 경보를 발생하여 관리자가 이를 인지하도록 하며, 이후 관리자가 후속 조치를 신속하게 취할 수 있도록 함으로써, 중성선 단선으로 인해 추후 발생할 수 있는 시스템 고장 등의 사고를 방지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 특정 위치별로 접촉 불량을 검출할 수 있으므로, 고장 개소의 위치를 확인하는데 용이함을 제공하며, 이로 인해 보수 시간 및 노력을 절약할 수 있다. 또한, 접촉 불량에 대한 경고를 수행함으로써, 접촉 불량에 의해 사고가 발생하는 것을 예방할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100… 태양발전모듈 어레이
200… 접속함
300… 전력 변환기
400… 감시 장치
500… 중성선 대체장치
510… 단선 검출기
520… 제어기
530… 중성선 보호기
540… 경보 발생기
550… 경보 해제신호 입력부

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 태양전지모듈 어레이와;
   상기 태양전지모듈 어레이에서 변환한 전기에너지를 결합하여 출력하는 접속함과;
   상기 접속함을 통해 출력되는 전기에너지를 전력선을 통해 전달받아, 교류 전력으로 변환하는 전력 변환기와;
   상기 접속함 내의 각 라인별 접촉 불량, 상기 접속함과 인버터 사이의 전력선 접촉 불량, 상기 전력 변환기 내의 접촉 불량을 감시하여, 접촉 불량으로 판단되면 경보를 수행함과 동시에 관리자 단말기로 경고 정보를 전송하고, 원격에서 상기 관리자 단말기로부터 전송된 제어 명령에 따라 전력 차단기를 제어하는 감시 장치와;
   상기 전력 변환기와 한전계통 사이에 구비되어, 상기 한전계통에 입력되는 3상 4선식(R, S, T, N) 공급 전력의 결상을 감지하고, 상기 결상이 감지되면 중성선 단선으로 판단하고 상기 중성선을 대체하여 단상 전력에 연결된 부하가 소손되는 것을 방지하는 중성선 대체장치를 포함하고,
   상기 중성선 대체장치는,
   상기 중성선의 단선 여부를 검출하는 단선 검출기와;
   상기 단선 검출기에 의해 출력된 단선 검출 값으로 단선 여부를 판단하고, 단선시 중성선 대체를 위한 제어신호를 발생하는 제어기와;
   상기 제어기에서 발생하는 제어신호에 따라 한전계통에 공급되는 전력 선의 중성선을 대체하여 단상 전압의 평형을 유지하는 중성선 보호기를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 단선 검출기는,
   R, S, T상의 위상신호를 감지하는 위상 감지기와;
   상기 위상 감지기에서 감지한 R, S, T상 중 어느 하나의 상의 레벨이 하이레벨로 일정 시간 이상동안 지속하면 결상으로 판단하는 결상 판단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템.
   
5. 청구항 3에 있어서, 상기 중성선 보호기는,
   3상(R, S, T)의 연결을 위한 스위치와;
   상기 3상과 대체용 중성선(N)을 연결하여 단상 전압의 평형을 유지하기 위한 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템.
   
6. 청구항 3에 있어서, 상기 중성선 대체장치는,
   상기 제어기에 의해 출력되는 경보발생 제어신호에 따라 중성선 단선을 경보하는 경보 발생기와;
   상기 경보 발생기에 의해 경보가 발생한 후 관리자에 의해 경보해제를 위한 경보해제 스위치가 조작되면 경보해제 신호를 발생하여 상기 제어기에 전달하는 경보해제 신호 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 및 중성선 대체기능이 구비된 태양광 발전시스템.

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