KR101032487B1 - 태양광 발전 전력제어장치 - Google Patents

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김희문
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Abstract

태양광 발전장치로부터 인버터를 통하여 계통 전원에 연계하기 위한 태양광 전력제어장치에서 자동으로 인버터의 이상 징후를 판단하고 고장 유무를 판단할 수 있는 전력제어장치가 제공된다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전용 전력제어장치는, 특정 고조파 출력 전압 성분을 발생시키는 특정 고조파 발생 수단; 및
상기 인버터의 출력 전류를 감지하여, 상기 출력 전류가 일정 범위 내에 해당할 경우 상기 특정 고조파 출력 전압 성분의 파형과 반대 파형인 역고조파 출력 전압 성분을 발생시키는 역고조파 발생 수단; 과,
상기 특정 고조파 발생 수단과 상기 역고조파 발생 수단으로부터 상기 특정 고조파 출력 전압 성분과 상기 역고조파 출력 전압 성분을 중첩하여 중첩 고조파를 발생시키는 고조파 중첩 수단; 과,
상기 중첩 고조파의 성분에 기초하여 상기 인버터에서 발생되는 전압을 제어하는PWM 제어 수단; 과,
상기 계통 전원으로부터 고조파 성분을 검출하는 고조파 검출 수단; 과
상기 고조파 검출 수단에서 검출된 상기 고조파 성분을 미리 설정된 상기 특정 고조파 성분과 비교하여 상기 인버터의 이상 징후를 판단하는 이상 징후 판단 수단; 을 포함한다.

Description

태양광 발전 전력제어장치{power conditioner for solar power generation}
본 발명은, 태양광발전장치의 분산 전원을 계통 전원과 연계하여 교류 전력으로 변환하고 제어하는 태양광 전력제어장치에 관한 것이다.
태양광 발전장치 등에 의한 분산 전원과 계통 전원(상용 전원)과를 전력제어장치를 통한 구성으로 연계하여, 부족 전력을 분산 전원으로부터 계통 전원 측으로 공급하도록 한 계통 연계 시스템이 개발되어 있다.
이 종류의 계통 연계 시스템에서는, 계통 전원 측의 예상치 못한 정전 시 및 작업 정지 시 등에 있어서, 전원으로부터 계통 전원 측으로의 역 조류가 발생할 수 있다.
연계 시스템에 있어서, 전력제어장치에 설치된 인버터 회로는, 전원으로부터의 직류 전력을 계통 전원에 동기시킨 교류 전력으로 변환하기 위해 필요 불가결한 회로이며, 인버터 회로에 불량이 발생한 경우에는 전원과 계통 전원과의 연계에 지장을 주는 염려가 있기 때문에, 신속히 인버터 회로의 불량을 발견하는 장치가 요구되어진다.
또한, 전체 분산 전원을 중앙시스템에서 자동으로 제어하는 스마트 그리드(SMART GRID)시스템에서는 어느 분산 전원에 이상이 발생하였는지를 중앙시스템에서 정확하고 신속하게 판단하고 제어할 수 있어야 한다.
본 발명은 인버터의 출력을 제어하여 중첩된 고조파 성분에 의하여 인버터의 이상 징후를 자동으로 판단할 수 있는 태양광 전력제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 계통의 중앙제어시스템에서 특정 분산 전원의 고장 징후를 판단할 수 있는 태양광 전력제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 인버터를 계통과 연계된 상태에서 인버터의 고장 징후를 판단하고, 인버터를 계통으로부터 분리된 상태에서 인버터의 고장 유무를 판단할 수 있는 태양광 전력제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 분산 전원의 단독운전 여부를 판단할 수 있는 태양광 발전 전력제어장치를 제공하는 것이다.
태양광 발전장치로부터 인버터를 통하여 계통 전원에 연계하기 위한 전력제어장치에서 자동으로 인버터의 이상 징후를 판단하고 고장 유무를 판단할 수 있는 전력제어장치가 제공된다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 전력제어장치는, 특정 고조파 출력 전압 성분을 발생시키는 특정 고조파 발생 수단; 및
상기 인버터의 출력 전류를 감지하여, 상기 출력 전류가 일정 범위 내에 해당할 경우 상기 특정 고조파 출력 전압 성분의 파형과 반대 파형인 역고조파 출력 전압 성분을 발생시키는 역고조파 발생 수단; 과,
상기 특정 고조파 발생 수단과 상기 역고조파 발생 수단으로부터 상기 특정 고조파 출력 전압 성분과 상기 역고조파 출력 전압 성분을 중첩하여 중첩 고조파를 발생시키는 고조파 중첩 수단; 과,
상기 중첩 고조파의 성분에 기초하여 상기 인버터에서 발생되는 전압을 제어하는 PWM 제어 수단; 과,
상기 계통 전원으로부터 고조파 성분을 검출하는 고조파 검출 수단; 과
상기 고조파 검출 수단에서 검출된 상기 고조파 성분을 미리 설정된 상기 특정 고조파 성분과 비교하여 상기 인버터의 이상 징후를 판단하는 이상 징후 판단 수단; 을 포함한다.
상기 고조파 중첩 수단에 중첩 시기를 제어하는 주기 제어 수단을 포함하며; 일정 주기에 상기 이상 징후 판단 수단은 검출된 고조파를 미리 설정된 특정 고조파 성분과 비교하여 상기 인버터의 이상 징후를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면,
일정 주기 간격으로 단독운전 검출주기를 설정하는 수단; 과, 상기 단독운전 검출주기에는 상기 역고조파 전압 성분의 발생을 정지한 상태에서 상기 특정 고조파 성분의 출력 전압 성분만을 상기 인버터의 출력 전압과 중첩시키도록 제어하며, 상기 계통 전원에 흐르는 계통 전류로부터 상기 특정 고조파 성분 전류의 레벨을 검출하는 수단; 을 더 포함하며, 상기 특정 고조파 성분 전류의 레벨이 미리 설정된 전류의 레벨을 초과할 경우에는 단독운전으로 판단하는 수단을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 전력제어장치는, 상기 인버터의 이상 징후로 판단된 경우에, 상기 태양광 발전 전원과 상기 계통 전원과의 연계된 스위치를 차단하도록 제어하며, 상기 태양광 발전 전원과 상기 계통 전원과의 연계를 차단한 상태에서, 취득한 상기 인버터의 전압 출력 값이, 미리 설정된 전압 값 범위를 초과하거나 미만인 경우에는, 상기 인버터의 고장으로 판단하여 표시수단에 에러 메시지를 표시하도록 제어하고, 상기 계통 전원을 관리하는 시스템에 상기 인버터가 고장인 것을 통신하도록 제어하는 수단을 더 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 분산 전원의 이상 징후를 시스템에서 자동으로 관리하며, 또한 특정 고조파와 주기 성분에 따라 분산 전원을 특정할 수 있으므로 원격에서 어느 분산 전원에서 이상 징후가 발생하였는지를 용이하게 검출할 수 있다.
따라서, 여러 분산 전원이 연계된 복잡한 계통 전원에서도 중앙 시스템에서 자동으로 특정 분산 전원의 이상 징후를 파악하고 이를 원격에서 제어하여 SMART시스템으로 관리할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 특정 고조파 성분을 검출하여 먼저 이상 징후를 판단한 후, 그에 따라 전원을 분리하여 인버터의 이상 유무를 검출함으로써 정전 시간을 최소화하고 인버터의 고장 유무를 신속하고 정밀하게 판단할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 주기적으로 지령을 변경하여 단독운전인지 여부를 자동으로 판단하며 이를 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 전력제어장치를 설명하기 위한 개략적인 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예인 전력제어장치의 주제어부에 대한 기능 블럭도이다.
도 3은 인버터의 고장 판정을 하는 처리 순서를 나타내는 flow chart이다
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다." 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이제, 본 명세서에 개시된 방법 및 장치의 기능 및 사용의 원리에 대한 전반적인 이해를 제공하기 위해 소정의 예시적인 실시예가 기술될 것이다. 이들 실시예의 하나 이상의 예가 첨부 도면에 도시된다.
본 명세서에 구체적으로 기술되고 첨부 도면에 도시된 구조들은 단지 예시적 실시예들이고, 예시적인 일실시예와 관련하여 도시되거나 기술되는 특징부들은 다른 실시예의 특징부들과 조합될 수 있다. 그러한 수정 및 변경은 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다.
본 발명의 일실시예는 태양광 전력제어장치와 관련하여 기술되지만, 이 방법 및 장치는 계통에 분산전원으로 연계되는 연료전지, 및 풍력 발전이나, 조류발전 등 모든 분산 전원에 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 전력제어장치를 설명하기 위한 개략적인 블럭도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양광 전력제어장치는 태양광 발전장치(2)로부터 인버터(5)를 통하여 계통 부하(4)에 연계하기 위한 태양광 전력제어장치(1)이다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 전력제어장치(1)는 태양광 발전장치(2)로부터의 직류 전력을 태양광 전력제어장치(1)에 설치된 인버터(5)에서 교류 전력으로 변환하여, 계통 전원(3)으로부터의 교류 전력과 동기화시켜서, 계통 부하(4)에 전력을 인가한다.
본 발명의 일실시예에서는 인버터(5)가 정상적인 출력 전압을 발생하는지를 판단하기 위한 고조파 발생 수단을 포함하게 된다.
상기 고조파 발생 수단은 특정 고조파 출력 전압 성분을 발생시키는 특정 고조파 발생기(HMPR (13))와 인버터(5)의 출력 전류를 전압, 전류 감지기(CT, PT (7))로부터 감지하며, 상기 출력 전류가 일정 범위 내에 해당할 경우, 특정 고조파와 파형이 반대 파형인 역고조파 출력 전압 성분을 발생시키는 역고조파 발생기(IHMPR (14))를 포함한다. 특정 고조파 발생기(HMPR (13))와 역고조파 발생기(IHMPR (14))에서 발생된 특정 고조파 출력전압 성분과 역고조파 출력전압 성분은 고조파 발생 중첩기(HMSP (15))에서 중첩된다.
PWM제어기(12)는 상기 고조파 발생 중첩기(15)에서 중첩된 고조파의 성분에 기초하여 상기 인버터에서 발생되는 전압을 제어한다.
본 발명의 일실시예에서 인버터(5)가 정상적인 출력으로 운용될 때에는 역고조파 성분과 고조파 성분이 서로 상쇄되어 계통에는 특정 고조파 중첩에 의한 성분이 검출되지 않는다.
따라서, 정상적인 출력 상태에서는 특정 고조파 중첩 파형이 포함됨으로 인한 계통 전원의 노이즈나 파형 왜곡 등이 발생되지 않게 된다.
만약, 인버터(5)가 정상적인 출력 범위인 일정 범위를 벗어나서 운전이 될 때에는 계통에서 특정 고조파 성분이 검출될 수 있으며, 상기 특정 고조파 성분을 검출하여 분석함으로써 인버터(5)의 이상 징후를 판단할 수 있게 된다.
인버터(5)가 단독 운전 상태이거나, 과전압으로 인한 이상이 생기면 과전류가 흐르게 된다.
또한, 반대로 인버터(5)가 고장으로 정상적인 출력 전압이 발생하지 못하여 정격 전압 이하인 경우에는 상대적으로 계통의 전압보다 낮기 때문에 부하 분담이 줄어들게 되므로 전류가 급격히 줄어들게 된다.
본 발명의 일실시예에서는 정격전류의 110%를 초과한 상태가 지속 되면 인버터 소자에 손상이 오게 되므로 정격전류의 110%를 초과하게 되면, 역고조파 출력 전압 성분이 발생되도록 설정하였다.
또한, 평상시 분산전원에서 공급하는 전류가 최저 기저부하 전류 미만인 경우에는 주로 인버터에서 정격출력이 발생되지 않은 경우라고 판단할 수 있다.
상기 기저부하 전류는 계통 부하 형태에 따라 상당한 차이가 있는 것이므로 계통의 부하 또는 발전 장치에 따라 달리 설정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 정상적인 출력 상태에서 기저부하만으로 최소전류가 흐를 경우라도 정격전류의 20% 이상 흐르고 있음이 관측되었다.
따라서, 정격전류의 20% 미만일 경우에는 인버터(5)의 출력이 저하된 것으로 추정할 수 있는 것이므로 상기 최소 전류를 정격전류의 20%로 설정하였다.
즉, 본 발명의 일실시예에서는 역고조파 출력 전압을 발생시키는 출력전류의 일정 범위는 정격 부하 전류의 20% ~ 110%로 설정된다.
본 발명의 일실시예에서는, 제3고조파 또는 제5고조파의 파형을 특정 고조파 파형으로 하고 그 출력 전압은 정격 전압의 5% ~ 10% 범위로 하였다.
출력이 5% 이하에서는 후술하는 검출기에서 특정 고조파의 구별이 곤란하게 되며, 10%를 넘게 되면 계통에 고조파로 인한 계통 전압의 왜곡현상이 발생할 수도 있다.
본 발명에 일실시예에서는 주기 제어기(TC (16))를 더 포함할 수 있다.
상기 주기 제어기(TC (16))에서는 일정 주기마다 중첩된 신호를 발생하도록 제어를 한다. 즉, 정현파 출력 전압에 대응하여 10 사이클 간격으로, 또는 20 ~30 사이클 간격으로 중첩된 신호를 보낼 수 있다.
위와 같이 주기를 일정 주기 간격으로 신호를 중첩하여 발생하도록 함으로써 주변의 다른 계통에서 유입되는 동일한 차수에 의한 고조파와 구별될 수 있으므로, 동일 유형의 고조파로 인한 오동작을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 일실시예에 의한 주기 제어기(TC (16))는 오동작 방지 및 일정 주기를 휴지함으로써, 중첩된 고조파로 인한 계통의 왜곡을 줄이며 또한 중첩된 신호 발생에 따른 추가 전력 소비를 최소화할 수 있도록 제어를 하게 된다.
즉, 본 발명의 일실시예에서는 고조파 중첩기(15)에 중첩 시기를 제어하는 주기 제어기(TC (16))를 포함하게 되며, 상술한 바와 같은 일정 주기에 검출된 고조파를 미리 설정된 고조파 성분과 비교하여 인버터의 이상 징후를 판단할 수 있다.
검출부(DETECTOR (8))는 전압, 전류 검출부와 특정 고조파 성분 검출부를 포함할 수 있록고 설계되었다.
검출부(DETECTOR (8))의 전압, 전류 검출부는 인버터의 출력 전압 및 출력 전류를 감지하여 주제어부(10)로 보낸다.
또한, 검출부(DETECTOR (8))의 특정 고조파 성분 검출부에서는 연계된 계통 선로(20)으로부터 필터부(미도시됨)를 통하여 중첩에 대응하는 특정 고조파 주파수의 신호를 가진 고조파 성분을 검출하고 이를 주제어부(10)로 보낸다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 특정 고조파 전압 성분과 역고조파 전압 성분이 서로 중첩되면서 상쇄되도록 인버터 출력과 중첩하였기 때문에 정상적인 운전시에는 특정 고조파 성분이 검출되지 않는다.
따라서, 정상적인 운전시에는 상기 고조파 성분이 포함됨으로 인한 계통 전압의 왜곡이 일어나지 않게 되어, 고조파로 인한 왜곡형상을 줄일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 인버터(5)가 고장으로 일정한 출력이 발생되지 않게 되면 인버터(5)의 전압이 계통 전압보다 낮게 되어 출력 전류는 일정범위 이하로 떨어지게 된다.
또한, 인버터(5)의 전압이 계통 전압보다 상대적으로 높은 경우에는 과전류가 흐르게 되어 일정 범위를 초과하게 된다.
이와 같이 출력 전류가 일정 범위 미만이거나 일정범위를 초과하게 되면, 역고조파 발생기에서는 역조고파 전압 성분을 발생하지 않게 되며, 이에 따라 특정 고조파 성분이 상쇄되지 않게 되므로, 검출부(DETECTOR (8))의 특정 고조파 성분 검출부에서 특정 고조파 성분이 검출될 수 있다.
주제어부(10)에서는 이를 판단하여 특정 고조파 성분이 검출된 경우에는 인버터(5)의 이상 징후로 판단하고 다음 단계의 조치를 취하게 된다.
또한, 계통 전체를 관할하는 중앙 통제실 또는 중앙 시스템(미도시됨)에서 계통으로부터 특정 고조파 성분이 검출된 경우, 여러 분산 전원 중에서 어느 분산 전원에서 이상 징후가 발생하였는지를 자동으로 인지할 수 있게 되므로, SMART GRID SYSTEM에 의한 분산 전원 제어를 자동으로 제어 운전이 가능하게 되며, 신속한 복구 조치를 할 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 위와 같이 검출부(9)에서 특정 고조파 성분이 검출된 경우, 일차적으로 인버터(5)가 정상적이지 않은 것으로 판단하고, 다음 단계의 조치로서는 전원과 계통 전원과의 사이의 연계 접속을 차단한 상태에서 인버터의 정상 출력 여부를 정밀 판단하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 정밀 판단 단계는 다음과 같이 동작된다.
먼저, 상술한 바와 같이 CPU(10)에서 스위치부(6)의 연계 릴레이에 개방 명령을 지령하여 연계 릴레이를 개방하게 된다.
스위치부(6)에 의해 인버터(5)와 계통(8) 사이의 연계 접속을 차단한 상태에서, 검출부(9)의 전압 검출 회로를 통해서 인버터(5)로부터 출력된 교류 전압의 전압 값을 취득하게 되며, 주제어부(10)에서 취득한 전압 값이 미리 정해진 문턱 값 이하 또는 이상인 경우에, 인버터(5)의 고장 운전으로 판정하게 된다.
계통에 다른 전원에 이상이 발생하여 본 발명의 분산 전원만이 단독으로 운전될 때에는 분산 전원이 급격한 과부하 상태로 되어 위험하게 될 수 있다.
위와 같은 단독운전 상태를 검출하기 위해서 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 역고조파 전압발생기(14)를 정지한 상태에서 특정 고조파 전압만을 중첩하여 계통에 출력한 다음, 계통 선로(20)에 흐르는 전류로부터 특정 고조파 성분의 전류 레벨을 측정함으로써, 단독운전인지 여부를 판별할 수 있도록 하였다.
일실시예에서는 일정 주기 간격으로 단독운전 검출 주기를 설정하고, 단독운전 검출 주기일 경우에는 CPU(11)에서 역고조파 전압발생기(14)에 동작 정지 지령을 발생하도록 하고, 특정 고조파 전압발생기(13)에 동작 지령을 발생하도록 한다.
그리고 검출부(DETECTOR 8)에서 계통 선로(20)에 흐르는 특정 고조파 성분의 전류 레벨을 측정하여 단독운전인지 여부를 판단한다.
위와 같이 특정 고조파 전압 성분을 중첩하여 계통에 출력한 후, 계통 선로에 흐르는 전류에서 특정 고조파 성분의 레벨을 측정함으로써, 분산 전원의 단독 운전 여부도 판단할 수 있게 된다.
특정 고조파 전압을 인버터의 출력 전압과 중첩하여 출력을 하더라도 정상적인 상태에서 다른 분산 전원 및 계통 전원들과 연계되어 있는 경우에는, 계통에 흐르는 계통 전류에서는 일정 레벨 이하에서만 특정 고조파 성분의 전류가 검출이 된다.
그러나 단독 운전의 경우에는 출력 전압이 인버터(5)에서 특정 고조파 성분이 중첩된 출력 전압만으로 계통 전압으로 구성되어지기 때문에 위 특정 고조파 출력전압에 의한 전류의 레벨이 상대적으로 높아져서 일정 레벨을 초과한 특정 고조파 성분에 의한 전류를 측정할 수 있게 된다.
이 초과된 특정 고조파 성분의 전류 레벨을 측정하여 설정된 레벨이 초과되었는지를 판단함으로써, 단독 운전 여부를 주제어부에서 자동적으로 판단할 수 있다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예인 전력제어장치의 주제어부에 대한 기능 블럭도을 도시한 것이다.
주제어부(100)는, CPU(110), ROM(112), RAM(114), 기억 장치(120), 연계 릴레이 인터페이스(154), 전압 전류 검출 회로 인터페이스(156). 파형 주기 인터페이스(157) 및 통신 버스(160)를 갖춘다. CPU(110), ROM(112), RAM(114), 기억 장치(120), 고조파 제어부(170), 연계 릴레이 인터페이스(154) 및 전압 전류 검출 회로 인터페이스(156)는 각각 통신 버스(160)를 통해서 접속되어 있다.
CPU(110)는, ROM(112)에 기억된 BIOS프로그램 등의 기본적인 제어 프로그램을 RAM (114)에 전개하여, 통신 버스(160)를 통해서 각부를 제어한다. 기억 장치(120)는, 인버터의 정상 출력 유무, 고조파 제어, 단독 운전의 유무의 판정을 행하기 위한 프로그램(130) 등을 기억한다.
도 2에는 본 발명의 일실시 형태에 따른 기억 장치(120)가 도시되어 있다.
상기 기억 장치(120)에는, 프로그램(130)으로써, PWM제어부(132), 전압 전류 취득부(134), 파형 주기 성분 취득부(135), 판정부(136), 연계 스위치 제어부(138)가 기억되어 있다. 이러한 프로그램은, CPU(110)에 의해 읽혀 출력되며, RAM(114)에 전개되어, 실행되는 것으로 각종 처리를 실행한다. 또한, 기억 장치(120)에는, 프로그램(130)을 실행하는 동안에 CPU(110)에 의해서 access되는 설정된 전압의 범위 기억부(140) 및 설정된 파형 주기 값(141)이 기억되어 있다.
도 2에 도시된 PWM 제어(132)는, 태양광 발전장치(2)로부터의 직류 전력을 계통 전원에 동기화한 교류 전력에 변환하도록 인버터의 각 스위칭 소자를 정해진 제1, 2 DUTY 비에 맞추어 교번적으로 ON/OFF를 수행한다.
도 2에 도시된 전압 전류 취득(134)은, 검출부로부터 전압 전류 검출 인터페이스(156)를 통해서 전압 전류를 취득하여, 교류 실효치를 산출한다.
도 2에서 판정부(136)는 파형 취득부(135)에서 취득한 파형이 특정 고조파 성분이 포함되었을 경우, 일차적으로 인버터의 이상 징후로 판단한다.
이후, 계통과의 연계를 차단한 상태에서 전압 전류 취득부(134)가 구한 전압 실효치가, 설정 전압 기억부(140)에 미리 기억된 범위의 값인가 아닌가를 판정하여, 전압 실효치가 설정된 범위의 값을 벗어난 경우에는, 인버터의 고장으로 판정한다.
도 2에서 연계 스위치 제어부(138)는, 판정부(136) 판정의 결과에 따른 CPU(110)의 지령을 받아 연계 릴레이 인터페이스(154)를 통해서 연계 릴레이(16)를 제어하며, 인버터와 계통과의 연계를 접속 및 차단한다.
도 3은 인버터의 고장 판정을 하는 처리 순서를 나타내는 flow chart이다.
도 3에 있어서, 먼저, 판정부(136)는, 검출부의 파형 주기 검출회로를 통하여 검출된 고조파 성분 신호를 취득한다(501).
다음 판정부(136)에서는 취득한 고조파 신호 성분이 설정된 고조파 및 주기 성분과 대응되는 성분인지를 판단한다(502).
대응된 성분이 아니라고 판단된 경우에는 인버터가 정상적으로 출력하고 있는 것으로 판단하여 대기 상태로 종료한다.
취득한 고조파 성분이 설정된 고조파 및 주기 성분과 대응된 성분으로 판단된 경우에는, 인버터의 이상 징후로 판단하여 출력신호를 보낸다.
또한, 연계 스위치 제어부(138)를 통해서 스위치부를 제어하여, 태양광 발전 전원과 계통 전원과의 연계를 차단함과 함께, 인버터에 교류 전력을 출력시킨다 (503).
다음, 검출부의 전압 검출 회로를 통해서 전압 취득부(134)에서 산출된 인버터 출력의 전압 실효치를 취득한다(504).
판정부(136)는 취득한 전압 실효치가, 미리 설정된 전압 값 범위에 있는지를 판정한다(505).
판정 결과, 전압 실효치가 설정된 범위 이내이면 인버터는 정상으로 작동하고 있는 것으로 판단하여 처리를 종료하고 대기 상태로 이어진다.
처리가 종료될 경우에는 제어부(10)에서 차단하였던 인버터와 계통과의 연계를 다시 접속하여 송전을 계속하게 된다.
한 편, 전압 실효치가 설정된 범위를 초과하거나, 설정된 범위의 미만인 경우에는 인버터의 고장으로 판정한다(506).
판정부(136)가 인버터의 고장으로 판단한 경우에는, 태양광 발전 전력제어장치의 운전을 중지하며, 표시부(미도시됨)에 에러 메시지를 표시하고, 계통을 관리하는 중앙시스템에 인버터가 고장인 것을 원격에서 통지한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 분산 전원의 이상 징후를 시스템에서 자동으로 관리하며, 또한 특정 고조파와 주기 성분에 따라 분산 전원을 특정할 수 있으므로 원격에서 어느 분산 전원에서 이상 징후가 발생하였는지를 용이하게 검출할 수 있다.
따라서, 여러 분산 전원이 연계된 복잡한 계통 전원에서도 중앙 시스템에서 자동으로 특정 분산 전원의 이상 징후를 파악하고 이를 원격에서 제어하여 SMART시스템으로 관리할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 특정 고조파 성분을 검출하여 먼저 이상 징후를 판단한 후, 그에 따라 전원을 분리하여 인버터의 이상 유무를 검출함으로써 정전 시간을 최소화하고 인버터의 고장 유무를 신속하고 정밀하게 판단할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 주기적으로 지령을 변경하여 단독운전인지 여부를 자동으로 판단하며 이를 제어할 수 있는 효과가 있다.
1: 전력제어장치
2: 태양광 발전장치
3: 계통에 연계된 발전 장치
4: 계통 부하단
5: 인버터 장치
6: 스위치부
7: 전압 전류 감지기
8: 검출부
10, 100: 주제어부
11, 110: CPU
12: PWM제어부
13, 171: HMPR(고조파 전압 발생기)
14, 172: IHMPR(역고조파 전압 발생기)
15, 173: 고조파 중첩기
16, 174: 주기 제어기
20: 계통 선로
120: 기억장치
160: 통신버스

Claims (8)

  1. 태양광 발전장치로부터 인버터를 통하여 계통 전원에 연계하기 위한 태양광 발전 전력제어장치에 있어서,
    특정 고조파 출력 전압 성분을 발생시키는 특정 고조파 발생 수단; 및
    상기 인버터의 출력 전류를 감지하여, 상기 출력 전류가 일정 범위 내에 해당할 경우 상기 특정 고조파 출력 전압 성분의 파형과 반대 파형인 역고조파 출력 전압 성분을 발생시키는 역고조파 발생 수단; 과,
    상기 특정 고조파 발생 수단과 상기 역고조파 발생 수단으로부터 상기 특정 고조파 출력 전압 성분과 상기 역고조파 출력 전압 성분을 중첩하여 중첩 고조파를 발생시키는 고조파 중첩 수단; 과,
    상기 중첩 고조파의 성분을 기초하여 상기 인버터에서 발생되는 전압을 제어하는 PWM 제어 수단; 과,
    상기 계통 전원으로부터 고조파 성분을 검출하는 고조파 검출 수단; 과
    상기 고조파 검출 수단에서 검출된 상기 고조파 성분을 미리 설정된 상기 특정 고조파 성분과 비교하여 상기 인버터의 이상 징후를 판단하는 이상 징후 판단 수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 전력제어장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 역고조파 출력 전압 성분을 발생시키는 상기 출력 전류의 일정 범위는 정격 부하 전류의 20% ~ 100%인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 전력제어장치
  3. 제1항에 있어서
    상기 고조파 중첩 수단에 중첩 시기를 제어하는 주기 제어 수단을 포함하며; 상기 이상 징후 판단 수단은 상기 주기 제어 수단에 의하여 정해진 주기에서 검출된 고조파 성분을, 미리 설정된 상기 특정 고조파 성분과 비교하여 상기 인버터의 이상 징후를 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 전력제어장치
  4. 제1항에 있어서
    상기 특정 고조파는 제3고조파 또는 제5고조파인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 전력제어장치
  5. 제1항에 있어서
    상기 특정 고조파 출력 전압 성분은 상기 인버터의 정격 전압의 5 ~ 10% 범위인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 전력제어장치
  6. 제3항에 있어서,
    일정 주기 간격으로 단독운전 검출주기를 설정하는 수단; 과, 상기 단독운전 검출주기에는 상기 역고조파 발생 수단을 정지한 상태에서 상기 특정 고조파 출력 전압 성분만을 상기 인버터의 출력 전압과 중첩시키도록 제어하며, 상기 계통 전원에 흐르는 계통 전류로부터 상기 특정 고조파 출력 전압 성분이 포함된 전류의 레벨을 검출하는 수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 전력제어장치
  7. 제6항에 있어서
    상기 특정 고조파 출력 전압 성분이 포함된 전류의 레벨이 미리 설정된 전류의 레벨을 초과할 경우에는 단독운전으로 판단하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 전력제어장치
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 인버터의 이상 징후로 판단된 경우에, 상기 태양광 발전 전원과 상기 계통 전원과의 연계된 스위치를 차단하도록 제어하며,
    상기 태양광 발전 전원과 상기 계통 전원과의 연계를 차단한 상태에서, 취득한 상기 인버터의 전압 출력 값이, 미리 설정된 전압 값 범위를 초과하거나 미만인 경우에는, 상기 인버터의 고장으로 판단하여 표시수단에 에러 메시지를 표시하도록 제어하고, 상기 계통 전원을 관리하는 시스템에 상기 인버터가 고장인 것을 통신하도록 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 전력제어장치
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