KR102881176B1

KR102881176B1 - 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템

Info

Publication number: KR102881176B1
Application number: KR1020250027895A
Authority: KR
Inventors: 최상식
Original assignee: 주식회사 효성전기
Priority date: 2025-03-05
Filing date: 2025-03-05
Publication date: 2025-11-05
Anticipated expiration: 2045-03-05

Abstract

본 발명은 인버터를 복수 개 구성하고 역전력계전기와 연계하여 선택적으로 차단함으로써 부하에 안정적인 전원을 공급할 수 있도록 하고, 검출된 각 전력용량의 합과 복수 개 인버터의 출력용량을 비교하여 선택적으로 반드시 필요한 인버터만 동작시킴으로써 인버터 수명을 연장시킬 수 있도록 한 것으로서, 복수 개의 태양광 모듈; 상기 복수 개 태양광 모듈에 각각 직렬 연결된 복수 개 발전스트링; 상기 발전스트링의 출력전력을 측정하는 측정장치; 상기 발전스트링의 출력전력을 제어부의 제어신호에 의해 차단하는 MC(전자접촉기); 상기 발전스트링의 출력전력을 교류로 변환하여 부하 또는 역전력계전기에 공급하는 인버터; 전력 계통과 연결되어 역송전을 차단하는 역전력계전기; 상기 측정장치, 차단기, 인버터 및 역전력계전기를 제어하는 제어부;로 구성된 것을 특징으로 하는 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템을 개시한다. 제어부는 측정장치를 통해 측정된 각 발전스트링의 출력전력과, 복수 개 발전스트링의 총 출력전력과, 부하의 예측 소비전력을 인버터와 역전력계전기를 제어하기 위한 정보로 저장 관리한다. 제어부는 역전력계전기, PLC, TIMER, RELAY를 일체화 하여 발전용 메인차단기가 동작 유지되는 상태에서 인버터용 MC(전자접촉기)를 자동으로 제어하여 태양광 발전전력의 한전으로의 역전을 조절한다. 제어부는 역전력계전기의 구동시 부하의 소비전력을 참조하여 선별된 인버터용 MC(전자접촉기)를 차단함으로써 전기를 필요로 하는 시설 구동에 차질이 없도록 하고, 일정시간 경과 후 차단된 인버터를 선택적으로 순차 투입하도록 제어한다. 제어부는 전력설비의 현재 사용량의 합과 복수 개 인버터의 발전용량을 비교하고, 그 비교결과에 따라 검출된 각 전력용량의 합을 처리할 수 있는 인버터를 선별하여 동작시킨다..

Description

발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템{Solar power generation system capable of efficient operation of power generation facilities}

본 발명은 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템에 관한 것이다.

본 발명은 더욱 상세하게, 각 인버터 라인마다 MC(전자접촉기)가 연결된 복수 개 인버터 라인을 구성하고, 역전력계전기가 동작하면 선택된 인버터를 차단하며, 역전력계전기가 복구되면 일정시간 경과 후 차단된 다른 인버터를 선택적으로 순차 투입하는 방식으로 발전 설비의 발전효율을 최대화할 수 있도록 한 것이다.

자가소비형 단순병렬 태양광 발전장치는, 태양광 발전설비에 의해 자체적으로 발전된 전력은 자체설비에만 공급하여 한전전력과 병용하며,발전된 전력량이 자체설비의 사용량보다 큰 경우 한전으로 다시 역송전이 이루어질 수 있다. 예를들어, 비근무(주말, 휴일), 계절적 전력 수용의 편차로 인하여, 태양광발전으로 발전된 전력량이 현재 수용가가 사용하고 있는 전력량보다 큰 경우가 발생할 수 있으며, 이 경우 한전으로 전력이 역송전이 될 수 있다. 이렇게 되면 한전 선로의 파급 때문에 태양광 인버터를 전부 차단하도록 규정되어 있다.

다만, 전기설비기술기준의 판단기준은, 자가소비형 태양광 발전장치에서 발전량의 20% 이상 역전력이 발생하는 경우, 계통의 안정성을 확보하기 위하여 태양광발전을 정지시키도록 하고 있으며, 이를 담당하는 계전기가 역전력계전기다. 즉, 역전력계전기는 수용가 부하에서 전력계통으로 전기(력)가 흐르면 이를 감지하여 신호를 출력하며, 이 신호로 VCB(Vacuum Circuit Breaker), ACB(Air Circuit Breaker), MCCB를 동작시켜 역전력을 차단시키는 역할을 수행한다.

일반적으로 역전력계전기는 특고압 VCB반, 저압 ACB반, MCCB반에 설치된다. 역전력계전기가 작동하여 발전용 VCB, ACB, MCCB를 동작시키는 경우, 발전전원공급 차단으로 태양광발전설비의 인버터는 단독운전방지 기능에 의해 정지 상태가 되며, 발전설비는 자동정지 된다. 특히, 주말, 연휴 및 계절적 전력 소모 특성에 따라 건물 사용부하가 급격히 줄어들어 역전력 계전기에 의해 VCB, ACB, MCCB가 작동될 시 발전설비가 정지된다.

이러한 경우, 관리자가 현장 출동하여 수동으로 VCB, ACB, MCCB를 복구하기 전까지 발전설비는 정지 상태를 유지할 수 있다는 문제가 있다.

태양광 발전설비에 관련된 종래기술로는 다음과 같은 기술들이 있다.

대한민국 특허등록 제10-1131482호는 광센서 또는 각도센서로 구비되는 1차센서와, 포커싱렌즈 및 위치저항센서를 상하 이격 배치시켜 조합한 구성의 2차센서를 갖는 태양위치추적센서; 태양전지모듈이 장착된 태양전지판넬을 위치 제어하기 위한 구동부를 갖는 트랙커;를 포함하되, 상기 구동부는 최소 3개 이상이 간격 배치되는 포스트와, 상기 포스트의 상단에 걸쳐 수평 배치하되 회전 가능하도록 지지 결합되는 웜드라이브로드와, 상기 포스트 상에 위치되어 웜드라이브로드를 회전시킴으로써 태양전지판넬의 고도각을 제어하도록 장착되는 웜기어와, 상기 웜드라이브로드 상의 일측에 수평하게 위치하도록 결합되고 웜드라이브로드에 나란하게 수평 배치된 액추에이터드라이브로드에 직선구동스크류의 끝단이 결합되며 태양전지판넬의 방위각을 제어하기 위한 액추에이터와, 상기 웜드라이브로드 및 액추에이터드라이브로드에 상하양측끝단이 힌지형태로 결합되며 액추에이터드라이브로드를 지지하는 힌지결합체를 포함하며; 상기 태양전지판넬은 포스트 위에 위치하여 간격 배치되고 액추에이터드라이브로드에 교차되게 배치되며 액추에이터드라이브로드에 결합되어 상호 연결되는 거치대와, 상기 거치대의 전후방향과 좌우방향에 위치하여 다수가 장착되는 태양전지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 태양광 발전시스템에 관한 것으로서, 기존 태양광 발전시스템보다 낮은 힘으로 위치를 변환할 수 있고 바람이 구조물(태양전지판넬)에 미치는 영향을 줄여 자연재해(특히 태풍)에 안정적으로 구동시킬 수 있으며, 발전시스템의 구조개선에 따른 경량화를 구현할 수 있고 이를 통해 구조물의 사용면적을 줄일 수 있으면서 내구성 강화 및 비용절감을 함께 이끌어낼 수 있도록 하며, 구조물의 위치제어는 물론 시스템의 발전효율을 높일 수 있다.

대한민국 특허등록 제10-2320867호는 다수의 태양전지 셀을 구비하고 상기 태양전지 셀을 보호하는 프레임을 포함하는 다수의 태양광 모듈; 과전류를 차단하기 위한 퓨즈와, 지락이 발생한 경우 전로를 차단하는 SPD, 인버터로부터의 과전류를 차단하는 차단기를 포함하되, 상기 태양광 모듈에서 생산된 전기를 모아서 인버터에 전달해주는 접속반; 상기 태양광 모듈에서 생산된 직류 전기를 교류 전기로 변환하는 인버터; 상기 인버터와 전력계통 사이의 전로 상에 설치되어 AC전압 및 AC전류를 검출하는 AC전력 검출부; 및 상기 태양광 모듈과 접속반 사이에 구비되어 태양광 모듈에서 생산된 전기를 능동적으로 제어하여 계통전압을 안정화시키고 상기 태양광 모듈에서 생산된 전기를 접속반에 전달해주는 전압안정장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 운용 효율이 향상된 태양광 발전시스템에 관한 것으로서, 계통연계형 태양광 발전시스템에서 역전력계전기의 작동이나 계통전압의 상승으로 인한 인버터의 과전압 차단 작동 없이 태양광 발전을 지속적으로 실시할 수 있고, 계통전압을 안정화시키며, 관리자가 설치장소의 전기사용패턴 및 사용량을 데이터화하여 전력사용을 분석하고 사용전력을 관리할수 있으며, 관리자의 작업 업무량을 대폭 감소시킬 수 있다.

대한민국 특허등록 제10-2721831호는 태양광 모듈 어레이로부터 발전된 전기와 한전으로부터 공급되는 전기를 병용하여 사용하는 효율 증대를 위한 태양광 발전 제어 시스템에 있어서, 태양광선의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 2개 이상의 태양광 모듈 어레이와; 상기 태양광 모듈 어레이에 의해 발전된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터; 2개 이상의 상기 태양광 모듈 어레이의 출력단과 인버터 사이에 상기 태양광 모듈 어레이와 1 대 1로 연결된 스위치를 구비하고 중앙 제어 수단의 제어 신호에 따라 상기 스위치를 온 시키거나 오프 시키는 DC 제어 수단; 및 태양광 발전 전력이 부하에 의한 소비 전력보다 높을 경우 인버터로부터 출력된 교류 전력이 한전 계통으로 역송되는 것을 방지하기 위해 태양광 발전 전력이 소비 전력보다 낮아질 때까지 2개 이상의 스위치를 순차적으로 오프시키기 위한 제어 신호를 DC 제어 수단으로 전송하고, 태양광 발전 전력이 부하에 의한 소비 전력보다 낮을 경우 태양광 발전 전력이 부하에 의한 소비 전력을 넘어서지 않을 때까지 오프되어 있던 스위치를 순차적으로 온시키기 위한 제어 신호를 DC 제어 수단으로 전송하는 중앙 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 효율 증대를 위한 태양광 발전 제어 시스템에 관한 것으로서, 한전 전력과 태양광 발전 전력을 동시 사용하는 단순 병렬 운전 분산형 전원에 있어서, 부하에 의한 소비 전력이 태양광 발전 전력보다 낮아져 역전력 계전기에 의해 트립된 차단기를 관리자가 매번 정상화하지 않아도 된다.

대한민국 특허등록 제10-1131482호(2012. 03. 22. 등록, 명칭 : 고효율 태양광 발전시스템) 대한민국 특허등록 제10-2320867호(2021. 10. 27. 등록, 명칭 : 운용 효율이 향상된 태양광 발전시스템) 대한민국 특허등록 제10-2721831호(2024. 10. 21. 등록, 명칭 : 효율 증대를 위한 태양광 발전 제어 시스템)

본 발명의 목적은, 인버터를 복수 개 구성하고 역전력계전기와 연계하여 선택적으로 차단함으로써 부하에 안정적인 전원을 공급할 수 있도록 한, 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 인버터를 복수 개 구성하고, 검출된 각 전력용량의 합과 복수 개 인버터의 발전용량을 비교하여 반드시 필요한 인버터만 선택적으로 동작시킴으로써 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템은
복수 개의 태양광 모듈;
상기 복수 개 태양광 모듈에 각각 직렬 연결된 복수 개 발전스트링;
상기 발전스트링의 출력전력을 측정하는 측정장치;
상기 발전스트링의 출력전력이 제어부의 제어신호에 의해 인버터로 인가되도록 하거나 또는 차단되도록 하는 전자접촉기(MC : Magnetic Contactor);
상기 제어부에 의해 상기 전자접촉기가 차단되지 않으면 상기 발전스트링의 출력전력을 교류로 변환하여 역전력계전기 또는 부하로 공급하고, 상기 전자접촉기가 차단되면 상기 발전스트링의 출력전력이 역전력계전기 또는 부하로 공급되지 않도록 하는 인버터;
전력 계통과 연결되어 상기 인버터를 통해 공급되는 발전스트링의 출력전력의 역송전을 차단하는 역전력계전기;
상기 전자접촉기를 제어하여 상기 발전스트링 출력전력의 인버터로의 인가 또는 차단을 제어하는 제어부;로 구성되고,
상기 제어부는
역전력계전기, PLC, TIMER, RELAY를 일체화하여
발전용 메인차단기가 동작 유지되는 상태에서 인버터용 전자접촉기를 자동으로 제어하여 태양광 발전전력의 한전으로의 역송전을 조절하고,
역전력계전기의 구동시 부하의 소비전력을 참조하여 선별된 인버터용 전자접촉기를 차단함으로써 전기를 필요로 하는 시설 구동에 차질이 없도록 하고, 일정시간 경과 후 차단된 다른 인버터를 선택적으로 순차 투입하도록 제어하며,
전력용량의 합과 검출된 전력설비의 현재 복수 개 인버터의 발전용량을 비교하고, 그 비교결과에 따라 검출된 각 전력용량의 합을 처리할 수 있는 인버터를 선별하여 동작시키고,

인버터에 전원을 인가하여 초기화되면 인버터에 연결된 스위칭소자를 순차로 온시켜 스위칭소자 이상 유무를 판단하는 단계; 인버터의 각 상 전압을 출력하여 지락발생 유무를 검출하는 단계; 상기 스위칭소자의 고장이나 지락발생을 토대로 인버터의 고장 유무를 판단하는 단계; 및 상기 판단결과, 고장이 없으면 정상적인 운전을 대기하고, 고장이 있으면 그 고장상태를 디스플레이를 통해 표시하여 관리자의 조치가 이루어지도록 하는 단계;를 통해 인버터 고장판단 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명에서, 제어부는

측정장치를 통해 측정된 각 발전스트링의 출력전력과, 복수 개 발전스트링의 총 출력전력과, 부하의 예측 소비전력을 인버터와 역전력계전기를 제어하기 위한 정보로서 저장 관리하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명의 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템에 따르면, 인버터를 복수 개 구성하고 역전력계전기와 연계하여 선택적으로 차단함으로써 부하에 안정적인 전원을 공급할 수 있다.

즉, 인버터 라인을 복수 개로 구성하되, 각 인버터 라인마다 MC(전자접촉기)를 연결하고, 역전력계전기의 동작시 선택된 인버터를 순차적으로 차단하여 역전력으로 인한 발전전력이 전체적으로 차단되는 것을 방지하며, 역전력계전기가 복구되고 일정시간 경과 후 차단된 인버터를 선택적으로 순차 투입하여 발전 설비의 발전 효율을 최대화 할 수 있다.

또한, 발전용 메인차단기는 동작 유지되는 상태에서 감시시스템에서 인버터를 자동으로 투입 또는 차단하여 태양광 발전전력의 한전으로의 역송전을 조절할 수 있도록 함으로써, 종래 토요일, 일요일, 공휴일에는 역전력계전기가 동작함에 따라 발전용 메인차단기가 차단되어 한전으로 역송전을 방지하고, 월요일 아침에 메인차단기를 재투입하여 태양광 발전이 수행되도록 하여 수동으로 복구되는 시점까지 발전이 정지됨에 따라 발전 손실이 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 인버터를 복수 개 구성하고, 검출된 각 전력용량의 합과 복수 개 인버터의 발전용량을 비교하여 선택적으로 반드시 필요한 인버터만 동작시킴으로써 발전설비의 블랙아웃을 방지할 수 있다.

상술한 내용과 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템의 네트워크 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템의 구성 블록도.
도 3은 태양광 발전설비 계통도.
도 4는 고압연계 태양광 발전설비 단선 결선도.
도 5는 저압연계 태양광 발전설비 단선 결선도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템의 구성 블록도.
상기 도면을 통하여 본 발명의 명확한 실시예를 도시하였고 하기 내용에서 더욱 상세히 설명한다. 이러한 도면은 그 어떤 방식으로 본 발명의 취지의 범위를 한정하려는 것이 아니라, 특정된 실시예를 참고로 하여 본 기술 분야의 당업자로 하여금 본 발명의 개념을 이해하도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하. 본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

[제1 실시예]

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템의 네트워크 구성도이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템의 구성 블록도이다. 도 3은 태양광 발전설비 계통도이다. 도 4는 고압연계 태양광 발전설비 단선 결선도이다. 도 4는 저압연계 태양광 발전설비 단선 결선도이다.

본 발명은 관공서, 학교, 공공시설 등에 설치된 태양광 발전설비는 병렬 운전설비로서, 평일에는 태양광 발전을 통해 얻어진 전력을 조명시설, 냉난방시설, 생산시설 등 전기를 필요로 하는 설비 등에 공급하고, 토요일, 일요일, 공휴일 등 전기 사용량이 줄어들 때에는 역전력계전기가 동작하면 복수 개소 인버터 라인의 MC(Magnetic Contactor, 전자접촉기)를 순차적으로 차단하여 한전으로 역송전되는 것을 방지하였다. (인버터는 단독 운전 방지 기능에 의하여 정지된다.)

또한, 토요일, 일요일, 공휴일 등이라도 일부 시설은 전기 사용이 필수이므로 태양광 발전을 통해 얻어진 전력으로 사용하고 남는 발전 전력만 차단하여 발전전력의 손실을 최소화하였다.

본 발명은 인버터 라인을 복수 개로 구성하되, 각 인버터 라인마다 MC(전자접촉기)를 연결하고, 역전력계전기의 동작시 선택된 인버터를 차단하여 역전력계전기가 복구되면 일정시간 경과 후 차단된 다른 인버터를 선택적으로 순차 제어하여 발전 설비의 발전 효율을 최대화할 수 있도록 한다.

역전력계전기가 작동하여 VCB, ACB, MCCB를 동작시키는 경우, 발전전력 메인차단기의 차단으로 인버터는 단독운전 방지 기능에 의해 정지 상태가 되며, 발전전력 또한 블랙아웃되고, 일부 전기시설의 사용전력은 한전전력을 사용하게 된다.

이러한 문제를 복수 개 인버터의 선별적인 차단에 의해 역전력계전기에 전송되는 전력을 조절하는 방법으로 해결한다.

그리고, 종래 태양광 발전장치는 토요일, 일요일, 공휴일에는 역전력계전기가 동작함에 따라 발전용 메인차단기가 동작하여 전기를 차단하고, 월요일 아침에 메인차단기 재투입에 의해 태양광 발전이 수행되도록 하므로 수동으로 복귀되는 시점까지 발전이 정지됨에 따라 발전 손실이 발생하였는데, 본 발명에서는 메인차단기는 동작 투입(유지)되는 상태에서 감시시스템에서 인버터를 자동으로 투입 또는 차단하여 태양광 발전전력의 한전으로의 역송전을 조절할 수 있도록 한다.

이러한 시스템은 역전력계전기, PLC, TIMER, MC(전자접촉기), RELAY 등을 포함한다. 예를 들어, 역전력계전기에 PLC 등을 취합하여 일체화할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템은, 복수의 태양광 발전 설비(100)가 원격지 운용서버(300)와 유무선 네트워크(200)를 통해 네트워크화될 수 있다.

태양광 발전 설비(100)는 태양광을 이용하여 발전을 하고, 발전된 전력을 자가 전기시설물에 사용하는 설비이다. 발전설비를 제외하고는 일반 전력공급과 동일한 설비가 구성된다.

상기 운용서버(300)는 도 2에서 제어부(6)로 구현될 수 있다.

제어부는 역전력계전기, PLC, TIMER, MC(전자접촉기), RELAY 등과 연계 구성되고, 제어부를 역전력계전기와 일체화하여 구성할 수도 있다.

도 2에 따르면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템은 복수 개의 태양광 모듈에 각각 직렬 연결된 복수 개 발전스트링(1)과, 상기 발전스트링(1)의 출력전력을 측정하는 측정장치(2)와, 상기 발전스트링(1)의 출력전력을 제어부(6)의 제어신호에 의해 차단하는 MC(전자접촉기)(3)와, 복수 개 발전스트링(1)이 병렬로 연결되어 출력전력을 교류로 변환하여 부하(7)에 공급하는 인버터(4)와, 전력 계통과 연결되어 역송전을 차단하는 역전력계전기(5)와, 측정장치(2), MC(전자접촉기)(3), 인버터(4) 및 역전력계전기(5)를 제어하는 제어부(6)를 포함할 수 있다.

상기 인버터(4)는 제어부(6)에 의해 MC(전자접촉기)(3)가 차단되면 발전스트링(1)의 출력전력이 역전력계전기(5)로 출력되지 않도록 복수 개 발전스트링(1)과 복수 개 MC(전자접촉기)(3)가 서로 대응하도록 구성될 수 있다. 상기 MC(전자접촉기)(3)는 인버터(4)의 전단부 또는 후단부에 설치될 수 있다.

다른 실시예로서, 상기 인버터(4)는 제어부(6)에 의해 MC(전자접촉기)(3)가 차단되면 발전스트링(1)의 출력전력이 부하(7)로 출력되지 않도록 복수 개 발전스트링(1)과 복수 개 MC(전자접촉기)(3)가 서로 대응하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 태양광 발전시스템은, 복수 개의 셀이 직렬로 연결된 태양광 모듈 및 상기 태양광 모듈이 직렬로 연결되어 발전스트링(1)을 구성하고, 발전스트링(1)은 병렬로 연결되어 인버터(4)에 입력된다.

상기 발전스트링(1)은 출력전력을 높이기 위하여 태양광 발전모듈을 직렬로 연결한 발전스트링(1)을 복수 개로 구성하여 병렬로 연결할 수 있다.

만일, 부하(7)보다 발전량이 많아 잉여전력이 역전력계전기(5)에 설정된 전력값의 최대치에 도달하거나 초과하면 역전력계전기(5)가 동작하는데, 본 발명은 이러한 경우 메인차단기가 차단되어 발전전력의 블랙아웃이 되지 않고 잉여전력이 역송전되지 않도록 제어부(6)에 의해 제어하게 된다.

각 발전스트링(1)의 전압과 전류를 측정장치(2)를 통해 측정하여 태양광 발전으로 발전되는 전체 발전량을 산출하고, 실시간 부하(7)에서 사용되는 부하 사용량을 산출하며, 역전력계전기(5)로부터 역송전되는 전력량 데이터를 전송받아 역송전되는 허용 전력량을 초과하지 않도록 잉여전력을 최적화한다.

제어부(6)는 측정장치(2)를 통해 측정된 각 발전스트링(1)의 출력전력과, 병렬연결된 복수 개 발전스트링(1)의 총 출력전력과, 부하(7)의 실시간 소비전력을 인버터(4)와 역전력차단기(5)을 제어하기 위한 정보로서 저장 관리할 수 있다.

따라서, 제어부(6)는 부하(7)의 실시간 소비전력이 어느 발전스트링(1)의 출력전력으로 가능한지를 판단하여 각 인버터(4)를 MC(전자접촉기)(3)를 통해 선별적으로 차단함으로써 부하(7)로의 전력출력이 제어되도록 한다.

한편, 상기 제어부(6)는 인버터에 전원을 인가하여 초기화되면 각 스위칭소자를 순차로 온시켜 이상 유무를 판별하는 단계; 상기 판별에 의해 고장이 발생된 스위칭소자에 대해 종류와 고장상태 등을 기록하는 단계; 인버터의 각 상 전압을 출력하여 지락발생 유무를 검출하는 단계; 상기 검출에 의해 지락이 발생한 상과 지락상태 등을 기록하는 단계; 상기 스위칭소자의 고장이나 지락발생 기록을 참조하여 인버터의 고장유무를 판별하는 단계; 상기 판별결과에 의해 고장이 없으면 정상적인 운전을 대기하고, 고장이 있으면 그 고장상태를 표시하여 관리자의 조치가 이루어지도록 하는 단계;로 이루어진 인버터 고장판별 동작이 수행되도록 프로그래밍될 수 있다.

[제2 실시예]

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템의 구성 블록도이다.

도 6에 따르면, 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템은 태양광 어레이(모듈, 10)에 연결된 직류전류 링크단(20)과, 상기 직류전원 링크단(20)을 통해 인가되는 직류전원을 인버터(32)에 인가 또는 차단하는 MC(전자접촉기)(31)와, 상기 MC(전자접촉기)(31)를 통해 인가된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 복수 개 인버터(32)와, 상기 MC(전자접촉기)(31)를 제어하여 상기 인버터(32)로의 직류전류를 인가 또는 차단하는 제어부(33)와, 상기 변환된 교류전원을 필터링하는 교류필터(40)와, 변압기(50)와, 계통전원(60)을 포함할 수 있다.

상기 태양광 어레이(10)는 태양광을 이용하여 직류전원을 생성하고, 그 생성한 직류전원을 직류전원 링크단(20)에 출력한다. 상기 직류전원 링크단(20)은 상기 MC(전자접촉기)(31)에 연결된다.

상기 MC(전자접촉기)(31)는 상기 직류전원 링크단(20)을 통해 인가되는 직류전원을 복수 개로 구성된 인버터(32)에 인가한다. 상기 인버터(32)는 상기 MC(전자접촉기)(31)에 직렬로 연결된다. 상기 MC(전자접촉기)(31)는 인버터(32)의 전단부 또는 후단부에 설치될 수 있다.

상기 인버터(32)는 상기 직류전원을 교류전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류전원을 교류필터(40)에 출력한다.

상기 교류필터(40)는 상기 변환된 교류전원을 필터링하고, 상기 필터링된 교류전원을 변압기(50)에 출력한다. 상기 변압기(50)는 상기 필터링된 교류전원을 미리결정된 교류전압으로 변압하고, 그 변압된 전압을 계통전원(60)에 인가한다.

상기 제어부(33)는 상기 인버터(32) 각각으로부터 출력되는 전력용량(또는 상기 인버터(32) 각각으로 입력되는 전력용량)을 검출하고, 상기 검출된 사용 전력 용량의 합을 근거로 상기 인버터(120) 각각의 동작을 선택적으로 제어하기 위한 제어신호를 발생한다.

상기 MC(전자접촉기)(31)는 상기 제어신호를 근거로 상기 인버터(32) 각각의 동작을 선택적으로 제어한다.

상기 제어부(33)는 상기 검출된 사용 전력용량의 합이 제1 인버터의 발전용량 이하이면 상기 제1 인버터를 제외한 모든 인버터들의 동작을 상기 MC(전자접촉기)(31)를 통해 오프시키고, 상기 MC(전자접촉기)(31)를 통해 상기 제1 인버터만을 온시킴으로써 상기 제1 인버터를 통해 교류전원을 상기 교류필터(40)에 출력한다.

상기 제어부(33)는 상기 검출된 사용 전력용량의 합이 제1 인버터의 발전용량을 초과하면서 상기 제1 인버터 및 제2 인버터의 발전용량 합 이상이고, 제3인버터 발전용량합보다 조금 크면 상기 제1 및 제2 인버터를 제외한 모든 인버터들의 동작을 상기 MC(전자접촉기)(31)를 통해 오프시킨다.

또한, 상기 MC(전자접촉기)(31)를 통해 상기 제1 및 제2 인버터만을 온시킴으로써 상기 제1 및 제2 인버터를 통해 교류전원을 상기 교류필터(40)에 출력한다.

상기 제어부(33)는 상기 제1 및/또는 제2 인버터의 온 시간이 미리설정된 시간 이상이면 상기 제1 및/또는 제2 인버터를 오프시키고, 제3 및/또는 제4 인버터를 온시킴으로써 상기 제1 및/또는 제2 인버터의 수명을 연장시킬 수도 있다.

상기 미리 설정된 시간은 변경될 수 있으며, 아침, 오전, 저녁 시간대에 따라 순차적으로 상기 인버터의 동작 시간이 제어될 수도 있고, 날짜에 따라 상기 인버터의 동작 시간이 제어될 수도 있다.

한편, 다른 실시예로서, 태양광어레이(10)에서 직류전원링크단(20)으로 발전전력이 정상적으로 인가되는지를 판단하도록 태양광어레이(10)와 직류전원링크단(20)간에 전압전류측정장치가 연결될 수 있다. 측정장치에 의한 측정값은 제어부(33)에 의해 분석될 수 있고, 분석결과 태양광어레이(10)로부터 직류전원링크단(20)으로 인가되는 전압전류가 측정되지 않으면 직류전원링크단의 고장으로 판단하여 제어부는 네트워크된 관리자로 하여금 조치하도록 관리자와 통신할 수 있다.

또한, 태양광어레이(10)에 측정장치를 각각 연결하여 날씨 등 동일조건하에서 태양광어레이간에 발전전력 측정값이 날씨 등을 토대로 설정된 기준치 이상으로 차이나면, 제어부는 네트워크된 관리자로 하여금 태양광어레이를 점검할 수 있도록 조치하되, 복수 개 태양광어레이의 총 발전전력에 대한 평균치에 미치지 못하는 태양광어레이에 대해 점검할 수 있도록 관리자와 통신할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 인버터 제어 장치는, 태양광 발전 시스템의 전력 변환 효율과 인버터의 수명을 연장시키고, 그 인버터 비용을 절감할 수 있다.

1 : 발전스트링 2 : 측정장치
3 : MC(전자접촉기) 4 : 인버터
5 : 역전력계전기 6 : 제어부
7 : 부하 10 : 태양광어레이
20 : 직류전류 링크단 30 : 인버터 제어부
31 : MC(전자접촉기) 32 : 인버터
33 : 제어부 40 : 교류필터
50 : 변압기 60 : 계통전원

Claims

복수 개의 태양광 모듈;
상기 복수 개 태양광 모듈에 각각 직렬 연결된 복수 개 발전스트링;
상기 발전스트링의 출력전력을 측정하는 측정장치;
상기 발전스트링의 출력전력이 제어부의 제어신호에 의해 인버터로 인가되도록 하거나 또는 차단되도록 하는 전자접촉기(MC : Magnetic Contactor);
상기 제어부에 의해 상기 전자접촉기가 차단되지 않으면 상기 발전스트링의 출력전력을 교류로 변환하여 역전력계전기 또는 부하로 공급하고, 상기 전자접촉기가 차단되면 상기 발전스트링의 출력전력이 역전력계전기 또는 부하로 공급되지 않도록 하는 인버터;
전력 계통과 연결되어 상기 인버터를 통해 공급되는 발전스트링의 출력전력의 역송전을 차단하는 역전력계전기;
상기 전자접촉기를 제어하여 상기 발전스트링 출력전력의 인버터로의 인가 또는 차단을 제어하는 제어부;로 구성되고,
상기 제어부는
역전력계전기, PLC, TIMER, RELAY를 일체화하여
발전용 메인차단기가 동작 유지되는 상태에서 인버터용 전자접촉기를 자동으로 제어하여 태양광 발전전력의 한전으로의 역송전을 조절하고,
역전력계전기의 구동시 부하의 소비전력을 참조하여 선별된 인버터용 전자접촉기를 차단함으로써 전기를 필요로 하는 시설 구동에 차질이 없도록 하고, 일정시간 경과 후 차단된 다른 인버터를 선택적으로 순차 투입하도록 제어하며,
전력용량의 합과 검출된 전력설비의 현재 복수 개 인버터의 발전용량을 비교하고, 그 비교결과에 따라 검출된 각 전력용량의 합을 처리할 수 있는 인버터를 선별하여 동작시키고,
인버터에 전원을 인가하여 초기화되면 인버터에 연결된 스위칭소자를 순차로 온시켜 스위칭소자 이상 유무를 판단하는 단계; 인버터의 각 상 전압을 출력하여 지락발생 유무를 검출하는 단계; 상기 스위칭소자의 고장이나 지락발생을 토대로 인버터의 고장 유무를 판단하는 단계; 및 상기 판단결과, 고장이 없으면 정상적인 운전을 대기하고, 고장이 있으면 그 고장상태를 디스플레이를 통해 표시하여 관리자의 조치가 이루어지도록 하는 단계;를 통해 인버터 고장판단 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는
상기 측정장치를 통해 측정된 복수 개 발전스트링의 각각의 출력전력과, 상기 복수 개 발전스트링의 총 출력전력과, 부하의 예측 소비전력을 인버터와 역전력계전기를 제어하기 위한 정보로서 저장 관리하는 것을 특징으로 하는 발전 설비의 효율적 운영이 가능한 태양광 발전시스템.
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