KR101419814B1 - Smart connection board of solar energy generation system and measuring method of power generation efficiency of inverter using it - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전 시스템의 스마트 접속반 및 이를 이용한 인버터 발전효율 계측방법에 관한 것으로, 태양광 발전 시스템의 인버터로 전달될 DC전력의 DC 전압 및 전류를 센싱하고, 상기 인버터에서 분전반으로 전달될 발전전력(AC전력)의 AC 전압 및 전류를 센싱하며, 외부에서 상기 분전반으로 인입되는 전력공급자 인입전력(AC전력)의 AC 전압 및 전류를 센싱하여 입력받는 신호 입력부, 상기 신호 입력부가 입력받은 AC/DC 전압 및 전류들로 발전전력, 인입전력, 소비전력, 및 인버터의 발전효율 중 어느 하나이상의 전기량 정보를 계산하는 중앙처리부, 상기 중앙처리부에서 계산된 전기량 정보를 저장하는 메모리부, 및 상기 중앙 처리부에서 계산된 전기량 정보를 원격지의 출력부로 송신하는 통신부를 제공한다.The present invention relates to a smart connection module of a photovoltaic power generation system and a method of measuring the inverter power generation efficiency using the same. More particularly, the present invention relates to a method of sensing a DC voltage and a current of DC power to be delivered to an inverter of a solar power generation system, A signal input unit for sensing the AC voltage and current of the generated power (AC power), sensing the AC voltage and current of the power supply incoming power (AC power) input from the outside to the distribution board, A central processing unit for calculating electric quantity information of at least one of a generated electric power, an incoming electric power, a consumed electric power, and an electric power generation efficiency of the inverter with / DC voltage and currents, a memory unit for storing electric quantity information calculated by the central processing unit, And a communication unit for transmitting the electricity amount information calculated by the processing unit to the output unit of the remote site.
Description
본 발명은 태양광 발전 시스템의 스마트 접속반 및 이를 이용한 인버터 발전효율 계측방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a smart connection module of a photovoltaic power generation system and a method of measuring inverter power generation efficiency using the same.
일반적으로, 태양광 발전 시스템은 태양 에너지의 무공해성 및 무한정성에 힘입어 지구 환경 문제와 미래 에너지원의 다각화 대책으로서 선진 각국에서 활발히 연구 개발이 진행되고 있다.In general, solar power generation systems are being actively researched and developed in advanced countries as a countermeasure against global environmental problems and diversification of future energy sources, owing to the pollution and infinite qualities of solar energy.
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 계통 연계형 발전시스템으로 구분된다.Such a photovoltaic power generation system is classified into a stand-alone power generation system that stores generated power in a battery and supplies power at a required time according to the utilization method of the developed power, and a grid-type power generation system that supplies power to the load and supplies surplus power to the system Power generation system.
최근에는 분산전원의 계통 영향 최소화, 사고에 대비한 계통보호 기술, 인버터의 제어기술 향상 등으로 계통 연계형 발전시스템의 보급이 확산되고 있다.In recent years, grid-connected power generation systems have been spreading by minimizing the influence of distributed power systems, protecting system against accidents, and improving control technology of inverters.
태양광 발전시스템은 태양의 빛을 받아서 P형 반도체와 N형 반도체의 전위 차이로 전기를 일으키는 최소단위인 셀(cell)을 조합하여 전기를 꺼내는 최소단위인 모듈(module)로 구성한다. The solar power generation system is composed of a module which is the minimum unit for extracting electricity by combining cells, which are the minimum units that generate electricity by difference in potential between the P type semiconductor and the N type semiconductor, by receiving the sun light.
상기 모듈은 직렬 또는 병렬로 복수 개 조합되게 구성한 어레이(array)로 이루어진 태양전지가 구비되며, 이때 태양의 위치, 즉 태양의 궤적에 따라서 회전 및 틸팅되는 위치추적장치를 추가적으로 설치할 수 있으며, 이러한 태양광 발전시스템에는 태양전지에서 생성된 전기를 인버터(inverter)로 공급해주도록 전기적으로 배선 연결된 접속반이 구비된다. The modules include a solar cell made up of a plurality of modules arranged in series or in parallel, and a position tracking device that rotates and tilts according to the position of the sun, i.e., the sun's trajectory, can be additionally provided. The photovoltaic system is provided with an electrically interconnected connection panel to supply electricity generated by the solar cell to the inverter.
종래 접속반은 대한민국 등록특허 제930132호(2009년 12월 8일자 공고)에 게재된 바와 같이 예전부터 사용되던 태양광 발전시스템에서 태양전지의 어레이로부터 공급되는 전력을 축전지로 충전하거나 인버터로 공급하는 기능만을 수행하던 기술에서 나아가, 태양전지 각 직렬 모듈군으로 부터 발전된 직류전원을 병렬군으로 조합하여 인버터에 안정적으로 직류전원을 공급한다.Conventionally, as described in Korean Patent Registration No. 930132 (published on Dec. 8, 2009), the conventional connection unit charges electric power supplied from an array of solar cells in a solar power generation system, which has been used for a long time, In addition to the technology that only performs the functions, the DC power supply generated from each series module group of solar cells is combined into a parallel group, and the DC power is stably supplied to the inverter.
또한, 태양광발전 장치의 중요한 디바이스 중 하나인 인버터를 성능을 감시로 인버터의 교체시기를 알 수 있다. 인버터의 성능은 인버터의 발전효율로 판단할 수 있다. In addition, it is possible to know when to replace the inverter by observing the performance of the inverter, which is one of important devices of the photovoltaic power generation device. The performance of the inverter can be judged by the power generation efficiency of the inverter.
그러나, 종래의 대한민국 등록특허 제861499호(등록일:2008.09.26.)에 게재된 태양광 발전효율 계측장치는 직류발전 전력측정기와 교류발전 전력측정기를 이용하여 태양광 발전효율을 계측하나, 이는 0전위 기준 회로의 오차가 그대로 반주기 평균값에 반영되어 정확한 전류, 전압값을 구하기 어렵다는 문제가 있었다. However, the photovoltaic power generation efficiency measuring apparatus disclosed in the Korean Patent No. 861499 (registered on September 26, 2008) conventionally measures the photovoltaic power generation efficiency using a DC power meter and an AC power meter, The error of the potential reference circuit is reflected in the average value of the half period as it is, and it is difficult to obtain accurate current and voltage value.
또한, 종래의 기술은 매회 샘플링된 계측값의 반주기 적산 방식이므로 AC 전압 및 전류와 같이 주기적으로 그 값이 변화하는 물리량에 대하여 계측시 주기당 샘플링수에 계측 정밀도가 종속되고, 주기 당 샘플링수가 적어지면 계측 오차가 증가하게 되는 문제가 있었다. In addition, since the conventional technique is a half-period integration method of sampled measurement values every time, measurement accuracy is dependent on the number of samples per cycle at the time of measuring a physical quantity whose value changes periodically such as AC voltage and current, There has been a problem that the error of the ground surface measurement is increased.
또한, 종래의 기술은 전압 및 전류 회로의 0전위 기준 회로가 일치하지 않으면 정확한 위상차를 구하기 어렵다는 문제가 있었다.
Further, the conventional technique has a problem that it is difficult to obtain an accurate phase difference unless the zero potential reference circuit of the voltage and current circuits coincide with each other.
본 발명은 태양광 발전전력, 전력공급자의 인입전력, 및 소비전력을 비교하여 전력의 과부족여부 정보, 인버터의 발전효율을 원격지에서 모니터링 할 수 있는 태양광 발전시스템의 스마트 접속반을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a smart connection module of a photovoltaic power generation system capable of monitoring the power generation efficiency of the inverter and information on power surplus and power by comparing solar power generation power, input power of a power supplier, and power consumption .
또한, 본 발명은 실시간으로 계측되는 전류 및 전압 신호를 이용하여 전력품질을 유지하는 태양광 발전시스템의 스마트 접속반을 제공하기 위한 것이다.The present invention also provides a smart connection module of a solar power generation system that maintains power quality using current and voltage signals measured in real time.
또한, 본 발명은 인버터의 발전효율을 계측하여 인버터의 상태를 파악할 수 있는 태양광 발전시스템의 스마트 접속반을 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention is to provide a smart connection module of a photovoltaic power generation system capable of measuring the power generation efficiency of an inverter to grasp the status of an inverter.
또한, 본 발명은 유효한 계측 정밀도를 얻기 위해 교류 전압 및 전류를 고속으로 샘플링하여 FFT 1차항(크로스 코릴레이션기법)을 이용한 인버터 발전효율 계측방법을 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention is to provide a method of measuring the inverter power generation efficiency by sampling the AC voltage and the current at a high speed in order to obtain effective measurement accuracy and using the FFT first-order (cross correlation technique).
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 태양광 발전 시스템의 스마트 접속반은, 태양광 발전시스템의 스마트 접속반에 있어서, 태양광 발전 시스템의 인버터로 전달될 DC 전력의 DC 전압 및 전류를 센싱하고, 상기 인버터에서 분전반으로 전달될 발전전력(AC전력)의 AC 전압 및 전류를 센싱하며, 외부에서 상기 분전반으로 인입되는 전력공급자 인입전력(AC전력)의 AC 전압 및 전류를 센싱하여 입력받는 신호 입력부; 상기 신호 입력부가 입력받은 AC 전압 및 AC 전류와 DC 전압 및 DC 전류들로 발전전력, 인입전력, 소비전력, 및 인버터의 발전효율 중 어느 하나 이상의 전기량 정보를 계산하는 중앙처리부; 상기 중앙처리부에서 계산된 전기량 정보를 저장하는 메모리부; 및 상기 중앙 처리부에서 계산된 전기량 정보를 원격지의 출력부로 송신하는 통신부:를 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a smart connection module of a solar power generation system, comprising: a smart connection module for sensing a DC voltage and a current of DC power to be delivered to an inverter of a solar power generation system, A signal input unit for sensing AC voltage and current of power generation electric power (AC power) to be transmitted from the inverter to the distribution board, sensing an AC voltage and current of power supply incoming power (AC power) input from the outside to the distribution board; A central processing unit for calculating electricity amount information of at least one of an AC voltage, an AC current, a DC voltage, and DC currents received by the signal input unit, and the generated electric power, the incoming electric power, the electric power consumed, and the electric power generation efficiency of the inverter; A memory unit for storing the electricity quantity information calculated by the central processing unit; And a communication unit for transmitting the electricity amount information calculated by the central processing unit to the output unit of the remote place.
구체적으로, 상기 중앙 처리부는 상기 신호 입력부를 통해 들어오는 신호를 샘플링하고 양자화하여 연산 가능한 데이터로 가공하고, AC 전압 및 AC 전류와 DC 전압 및 DC 전류의 각 전기량을 실시간으로 계측하는 AD 모듈; 상기 AD 모듈에서 가공한 데이터를 이용하여 발전전력, 인입전력, 소비전력, 및 인버터의 발전효율 중 어느 하나 이상 필요한 전기량을 연산하는 연산모듈; 및 상기 연산모듈에서 연산한 전기량 데이터를 이용하여 과전류, 및 과전압 정보를 저장하고 상기 통신부로 전달하는 제어모듈;을 포함할 수 있다. Specifically, the central processing unit processes the signal input through the signal input unit into data that can be sampled, quantized, and computed, and measures an AC voltage, an AC current, a DC voltage, and an electric current of the DC current in real time; A calculation module for calculating an electricity quantity required for at least one of power generation power, input power, power consumption, and power generation efficiency of the inverter using data processed by the AD module; And a control module for storing overcurrent and overvoltage information using the electricity quantity data calculated by the calculation module and transmitting the overcurrent and overvoltage information to the communication unit.
또한, 상기 소비전력은 하기의 관계식으로 연산될 수 있다. Further, the power consumption can be calculated by the following relational expression.
관계식Relation
여기서, Pload는 소비전력, Ppv는 발전전력, 및 Pkep는 인입전력을 나타냄.Where P load is the power consumption, P pv is the generated power, and P kep is the incoming power.
또한, 상기 신호 입력부는 상기 인버터에 전달되는 DC 전력을 센싱하여 DC 전류 및 전압을 입력받는 제1 센서부, 상기 인버터에서 분전반으로 전달되는 발전전력을 센싱하여 AC 전류 및 전압을 입력받는 제2 센서부, 및 외부에서 상기 분전반에 전달되는 인입전력을 센싱하여 AC 전류 및 전압을 입력받는 제3 센서부로 부터 AC 전압 및 AC 전류와 DC 전압 및 DC 전류를 전달받을 수 있다. In addition, the signal input unit includes a first sensor unit sensing a DC power transmitted to the inverter and receiving a DC current and a voltage, a second sensor receiving an AC current and a voltage from the inverter, AC voltage, AC voltage, DC voltage, and DC current from the third sensor unit that senses the incoming electric power transmitted to the distribution board from outside and receives AC current and voltage.
또한, 상기 연산모듈은 AC 전압 및 AC 전류와 DC 전압 및 DC 전류를 샘플링하여 양자화하고, 양자화된 AC 전압 및 AC 전류와 DC 전압 및 DC 전류를 고속 푸리에 변환(FFT;Fast Fourier Transform)연산을 하여, 고속 푸리에 변환된 전류 및 전압의 기본파 성분 및 2-15조파 성분을 검출하고, 상기 기본파 및 2-15조파 성분으로 총 고조파 에너지 밀도를 산출할 수 있다. The operation module samples and quantizes the AC voltage, the AC current, the DC voltage, and the DC current, quantizes the quantized AC voltage, the AC current, the DC voltage, and the DC current to perform Fast Fourier Transform (FFT) , The fundamental wave component and the 2-15 wave component of the fast Fourier transformed current and voltage can be detected and the total harmonic energy density can be calculated from the fundamental wave and the 2-15 wave components.
상기 과제를 달성하기 위한 다른 본 발명의 인버터 발전효율 계측방법은 태양광 발전시스템의 스마트 접속반을 이용한 인버터 발전효율 계측방법에 있어서, 상기 스마트 접속반은 상기 스마트 접속반에서 인버터로 전달되는 직류전압(V(dc)) 및 전류(I(dc))를 계측하는 단계; 상기 인버터에서 분전반으로 전달되는 교류전압(V(ac)) 및 전류(I(ac))를 계측하는 단계; 상기 직류 전압 및 전류로 태양전지모듈에서 생산되는 발전전력P(dc)을 연산하고, 상기 교류 전압 및 전류로 인버터의 피상전력(|S(ac)|)을 연산하는 단계; 및 상기 인버터의 피상전력의 유효전력을 연산하여 인버터 효율을 계산하는 단계;를 포함하되, 상기 교류전압(V(ac)) 및 전류(I(ac))를 시간영역함수에서 FFT 1차항(크로스 코릴레이션 기법)을 이용하여 주파수 영역함수로 변환하여 연산할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of measuring inverter power generation efficiency using a smart connection module of a photovoltaic power generation system, the smart power module including a DC voltage (V (dc)) and a current (I (dc)); Measuring an AC voltage (V (ac)) and a current (I (ac)) transmitted from the inverter to the distribution board; Calculating the generated power P (dc) produced by the solar cell module with the DC voltage and current, and calculating the apparent power (S (ac) |) of the inverter with the AC voltage and current; And calculating an inverter efficiency by calculating an effective power of the apparent power of the inverter, wherein the AC voltage (V (ac)) and the current (I (ac) Correlation technique) can be used to convert to a frequency domain function.
또한, 본 발명은 상기 인버터 효율은 하기의 수식1로 계산할 수 있다. In the present invention, the inverter efficiency can be calculated by the following equation (1).
수식 1
여기서, |S(ac)]|는 피상전력, PF는 역률, P(dc)는 직류 발전전력, P(ac)는 교류 발전 유효전력을 나타냄.Where P (dc) is the DC power generation power, and P (ac) is the AC power generation effective power.
또한, 상기 교류 전압에 따른 복소 전압은 하기의 수식2로 계산되고, 교류 전류에 따른 복소 전류는 하기의 수식3으로 계산할 수 있다. Further, the complex voltage according to the AC voltage is calculated by the following equation (2), and the complex current according to the AC current can be calculated by the following equation (3).
수식2
수식3
여기서, T=1/Hz, K = 주기당 샘플수, θ = 360 / K , V(k) 는 시간 함수 V(t)의 샘플 열, I(k) 는 시간 함수 I(t)의 샘플 열임.(K) is a sample column of the time function V (t), I (k) is a sample column of the time function I (t), T = 1 / Hz, K = .
또한, 상기 복소 전압 및 복소 전류에 따른 복소 전력은 하기의 수식4로 계산할 수 있다. Further, the complex power according to the complex voltage and the complex current can be calculated by the following equation (4).
수식4
여기서, P(ac)는 유효전력, Q(ac)는 무효전력, j는 허수임
Where P (ac) is the effective power, Q (ac) is the reactive power, and j is the imaginary number
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 광범위한 태양전지 모듈의 작동 성능 및 전류를 지속적으로 점검하여 줌으로써 사용자의 이익을 극대화 시키는 효과가 있다. As described above, the present invention maximizes the benefit of the user by continuously checking the operating performance and current of a wide range of solar cell modules.
또한, 본 발명은 태양광 발전량과 건물 소비전력의 전력 과부족여부를 모니터링할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of monitoring whether the solar power generation amount and the building power consumption power are short or not.
또한, 본 발명은 태양광 발전설비로부터 야기될 수 있는 계통전력품질 저하를 미연에 방지할 수 있으며, 인버터의 효율에 따른 교체시기를 용이하게 파악할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention can prevent degradation of system power quality that may be caused by a photovoltaic power generation facility, and it is possible to easily grasp the replacement timing according to the efficiency of the inverter.
또한, 본 발명은 0전이 기준회로의 튜닝 없이 안정적이고, 벡터연산에 의해 물리량을 측정하는 방식이기 때문에 비교적 낮은 샘플링 주파수에서도 우수한 계측 정밀도를 갖는다는 효과가 있다. Further, since the present invention is stable without tuning of the zero transition reference circuit and is a method of measuring the physical quantity by vector calculation, there is an effect that the measurement accuracy is excellent even at a relatively low sampling frequency.
또한, 본 발명은 벡터연산에 의해 유, 무효 전력을 계산하므로 전류, 전압의 위상차 측정이 주파수 카운터의 해상도에 종속되지 않아 정밀 측정이 가능하다는 효과가 있다. Further, since the present invention calculates the reactive power and the reactive power by the vector calculation, there is an effect that the measurement of the phase difference between the current and the voltage is not dependent on the resolution of the frequency counter, and precision measurement is possible.
또한, 본 발명은 회전벡터를 이용한 크로스 코릴레이션기법으로 구현하여 주파수에 대해 노치필터링 특성을 갖으며, 이로 인해 DC 값에 영향을 받지 않는다는 효과가 있다.
In addition, the present invention is implemented by a cross correlation method using a rotation vector, and has a notch filtering characteristic with respect to a frequency, so that it is not influenced by a DC value.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 스마트 접속반을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 접속반을 이용한 태양광 발전 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 발전전력, 소비전력 및 인입전력의 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터 발전효율 계측방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 크로스 코릴레이션 기법을 나타낸 도면이다. 1 is a block diagram showing a smart connection module of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a solar power generation system using a smart connection module according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 is a diagram showing the relationship between generated power, consumed power, and incoming power.
4 is a flowchart illustrating a method of measuring inverter power generation efficiency according to another embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a cross correlation technique according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols whenever possible. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 스마트 접속반을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 접속반을 이용한 태양광 발전 시스템을 나타낸 도면으로서, 태양광 발전 시스템의 스마트 접속반(100)은 신호 입력부(110), 중앙처리부(120), 메모리부(130), 및 통신부(140)를 포함한다. FIG. 1 is a diagram illustrating a smart connection module of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a solar power generation system using a smart connection module according to an embodiment of the present invention. The
스마트 접속반(100)은 크게 파워단과 신호단으로 구분되는데 파워단은 태양광 모듈에서 받은 전기를 전달받아 인버터(20)에 전달하여 공급하는 것으로 이는 일반적인 사항에 해당되어 본 발명에서는 신호단에 대한 설명을 중심으로 기술한다. The
신호 입력부(110)는 태양광 발전 시스템의 인버터(20)로 전달될 태양전지 모듈(10)의 ① DC전력의 DC 전압 및 전류를 센싱하고, 인버터(20)에서 분전반(30)으로 인입되는 ② 발전전력(AC전력)의 AC 전압 및 전류를 센싱하며, 외부에서 분전반(30)으로 인입되는 전력공급자의 ③ 인입전력(AC전력)의 AC 전압 및 전류를 센싱하여 입력받는다. The
④ 소비전력은 사용자가 소비하는 전력으로 상기 DC전력, 발전전력, 및 인입전력으로 도출할 수 있다. ④ Power consumption can be derived from the DC power, generated power, and incoming power with the power consumed by the user.
이때, 상기 신호 입력부(110)는 상기 인버터(20)에 전달되는 DC 전력을 센싱하여 DC 전류 및 전압을 입력받는 제1 센서부(1), 상기 인버터(20)에서 분전반(30)으로 전달되는 발전전력을 센싱하여 AC 전류 및 전압을 입력받는 제2 센서부(2), 및 외부의 전력공급자로부터 상기 분전반(30)에 전달되는 인입전력을 센싱하여 AC 전류 및 전압을 입력받는 제3 센서부(3)로 부터 AC 전압 및 AC 전류와 DC 전압 및 DC 전류를 전달 받는다.The
상기 제1 센서부(1), 제2 센서부(2), 및 제3 센서부(3)는 계기용 변류기(CT; Current Transformer), 및 계기용 변압기(PT; Potential Transformer)를 채택할 수 있다. The
또한, 신호 입력부(110)는 불필요한 고주파 및 노이즈를 제거하기 위해 로우패스필터(미도시)를 구비함이 바람직하다. In addition, the
중앙처리부(120)는 상기 신호 입력부(110)가 입력받은 AC 전압 및 AC 전류와 DC 전압 및 DC 전류들로 발전전력, 인입전력, 및 소비전력을 계산하는 구성으로, 크게 AD모듈(121), 연산모듈(122), 및 제어모듈(123)로 구분할 수 있다. The
여기서, AD 모듈(121)은 상기 신호 입력부(110)를 통해 들어오는 전압 및 전류 신호를 샘플링하고 양자화하여 연산 가능한 데이터로 가공하고, AC 전압 및 AC 전류와 DC 전압 및 DC 전류의 각 전기량을 실시간으로 계측한다. Here, the
여기서, 연산모듈(122)은 상기 AD 모듈(121)에서 가공한 데이터를 이용하여 발전전력, 인입전력, 및 소비전력 중 어느 하나 이상 필요한 전기량을 연산한다. Here, the
이때, 상기 발전전력, 인입전력, 및 소비전력은 하기의 관계식에 따른다. At this time, the generated power, the incoming power, and the consumed power are in accordance with the following relational expression.
관계식Relation
여기서, Pload는 소비전력, Ppv는 발전전력, 및 Pkep는 인입전력을 나타냄.Where P load is the power consumption, P pv is the generated power, and P kep is the incoming power.
도 3을 통해 소비전력, 발전전력, 및 인입전력의 관계를 살펴보면, ⓐ의 케이스와 같이 발전전력이 소비전력보다 크면 인입전력은 소비전력 쪽으로 치우쳐 소비전력과 같이 빼고, ⓑ의 케이스와 같이 발전전력과 소비전력이 같으면 인입전력은 인입되지 않고, ⓒ의 케이스와 같이, 발전전력이 소비전력보다 작으면 인입전력을 인입하여 발전전력을 대체하게 된다. Referring to FIG. 3, when the generated power is larger than the power consumption, as in the case of (a), the incoming power is biased toward the consumed power and subtracted from the consumed power as in the case of And the power consumption is the same, the pulled-in power is not pulled in. If the generated power is smaller than the power consumption, as in the case of cyan, the pulled-in power is pulled in to replace the generated power.
따라서, 사용자 입장에서 소비전력, 발전전력, 및 인입전력을 한 번에 모니터링하여 전력 소비를 조절 할 수 있는 효과가 있으며, 또한, 인버터의 발전효율을 모니터링하여 인버터의 수명을 감시할 수 있는 효과가 있다. Therefore, it is possible to control power consumption by monitoring power consumption, generated power and incoming power at a time from a user's point of view, and also has an effect of monitoring the life of the inverter by monitoring the power generation efficiency of the inverter have.
또한, 연산모듈(122)은 AC 전압 및 AC 전류와 DC 전압 및 DC 전류를 샘플링하여 양자화하고, 양자화된 AC 전압 및 AC 전류와 DC 전압 및 DC 전류를 고속 푸리에 변환(FFT;Fast Fourier Transform)연산을 하여, 고속 푸리에 변환된 전류 및 전압의 기본파 성분 및 2-15조파 성분을 검출하고, 상기 기본파 및 2-15조파 성분으로 총 고조파 에너지 밀도를 산출하여 전력품질을 더 알 수 있다. The
이때, 고조파 에너지 밀도가 10%가 넘으면 전력품질 이상신호를 원격지의 출력부(50)를 통해 전달한다. 여기서, 고조파 에너지 밀도의 제한치는 전력변환장치 계통에서는 10%에 해당하고, 일반 계통은 5%, 특수 계통은 3%로 제한한다.At this time, if the harmonic energy density exceeds 10%, the power quality abnormality signal is transmitted through the
여기서, 제어모듈(123)은 상기 연산모듈(122)에서 연산한 전기량 데이터를 이용하여 과전류, 및 과전압 여부를 판단한다. Here, the
또한, 제어모듈(123)은 연산모듈(122)의 발전전력량, 인입전력량, 소비전력량, 및 인버터 효율을 전달받아 실시간으로 통신부(140)에 전달한다. In addition, the
메모리부(130)는 상기 중앙처리부(120)의 제어모듈(123)에서 계산된 전기량 정보 및 과전류 및 과전압 정보의 이력을 저장한다. The
통신부(140)는 상기 중앙처리부(120)의 제어모듈(123)에서 계산된 전기량의 정보, 과전류 및 과전압 정보를 원격지에 구비된 출력부(50)에 전송한다. The
이때, 통신부(140)는 Zigbee 또는 와이파이(Wifi)와 같은 무선통신을 이용하여 출력부에 데이터를 송신할 수 있다. 물론, 출력부(150)에도 통신부(140)가 송신한 정보를 수신할 수 있는 수신수단(미도시)을 포함한다. At this time, the
출력부(150)는 통신부(140)부터 전달받은 정보를 출력하여 사용자가 모니터링할 수 있도록 하며, 출력부(150)는 통신부(140)로부터 전달 받은 정보를 사용자가 용이하게 전달 받은 정보를 출력할 수 있는 레이아웃을 구비함이 바람직하다. The output unit 150 outputs information received from the
상기와 같은 스마트 접속반(100)을 구비한 태양광 발전 시스템은 도 2와 같다. The photovoltaic power generation system including the
복수의 태양전지 모듈(10)들이 태양광 발전을 스마트 접속반(100)에 전달하고, 스마트 접속반(100)은 후위에 연결된 인버터(20)에 ① DC 전력을 전달하며, 인버터(20)는 상기 DC 전력을 변환하여 ② 발전전력(AC 전력)을 분전반(30)에 전달한다. The plurality of
또한, 분전반(30)은 외부의 전력공급자로부터 ③ 전력공급자 인입전력을 전달 받는다.Also, the
그리고, 분전반(30)은 태양광 발전 전력 및 전력공급자 인입전력을 부하로 ④ 소비전력을 공급한다. Then, the
이에 스마트 접속반(100)은 입력되는 AC 전압 및 AC 전류와 DC 전압 및 DC 전류의 각 전기량을 실시간으로 계측하고, 가공한 데이터를 이용하여 발전전력, 인입전력, 및 소비전력 중 어느 하나 이상 필요한 전기량을 연산하며, 전기량 데이터를 이용하여 전력품질, 과전류, 및 과전압을 원격지의 출력부(50)에 전달하여 사용자가 모니터링 할 수 있도록 한다. Accordingly, the
따라서, 광범위한 태양전지 모듈의 작동 성능 및 전류를 지속적으로 점검하여 줌으로써 사용자의 이익을 극대화 시키는 효과가 있다. Accordingly, it is possible to maximize the benefit of the user by continuously checking the operating performance and the current of a wide range of solar cell modules.
또한, 본 발명은 태양광 발전량과 건물 소비전력의 전력 과부족여부를 모니터링할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of monitoring whether the solar power generation amount and the building power consumption power are short or not.
또한, 본 발명은 태양광 발전설비로부터 야기될 수 있는 계통전력품질 저하를 미연에 방지할 수 있으며, 인버터의 효율에 따른 교체시기를 용이하게 파악할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention can prevent degradation of system power quality that may be caused by a photovoltaic power generation facility, and it is possible to easily grasp the replacement timing according to the efficiency of the inverter.
상기와 같이 형성된 태양광 발전시스템의 스마트 접속반(100)을 이용하여 도 4와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터 발전효율 계측방법을 설명하면 하기 와 같다. A method of measuring the inverter power generation efficiency according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 by using the
본 발명의 인버터 발전효율은 계측은 스마트 접속반에서 이루어지며, 스마트 접속반(100)에서 계측된 인버터(20)의 발전효율은 출력부를 통해 표시되어 사용자가 인버터의 수명을 확인할 수 있다. The power generation efficiency of the
먼저, 스마트 접속반(100)에서 인버터(20)로 전달되는 직류전압(V(dc)) 및 전류(I(dc))를 계측한다(S110). 이때, 직류 전압(V(dc)) 및 전류(I(dc))는 스마트 접 접속반(100)과 인버터(20) 사이에 구비된 제1 센서부(1)로 계측한다.First, the DC voltage V (dc) and the current I (dc) transmitted from the
이어, 상기 인버터(20)에서 분전반(30)으로 전달되는 교류 전압(V(ac)) 및 전류(I(ac))를 계측한다(S120). 이때, 교류 전압(V(ac)) 및 전류(I(ac))는 인버터(20)와 분전반(30) 사이에 구비된 제2 센서부(2)로 계측한다.Next, the AC voltage V (ac) and the current I (ac) transmitted from the
이어, 상기 직류 전압(V(dc)) 및 전류(I(dc))로 태양전지모듈(10)에서 생산되는 발전전력(P(dc))을 연산한다(S130). 이때, 직류 전력(P(dc))은 직류 전류(I(dc)) 및 직류 전압(V(dc))의 곱으로 연산되는 것은 용이하게 알 수 있는 사항으로 상세한 설명은 생략하도록 하겠다.Next, the generated power P (dc) produced by the
이어, 상기 교류 전압(V(ac)) 및 전류(I(ac))로 인버터(20)의 피상전력(|S(ac)|)을 연산한다(S140). 이때, 상기 교류전압(V(ac)) 및 전류(I(ac))를 시간영역함수에서 FFT 1차항(크로스 코릴레이션 기법)을 이용하여 주파수 영역함수로 변환하여 연산한다. Next, the apparent power S (ac) of the
도 5를 통해 크로스 코릴레이션 기법에 대해 설명하면 다음과 같다. 회전하는 벡터 V(t) 및 I(t)에 대해 같은 속도로 회전하는 Ref(t)와 크로스 코릴레이션하면, 시간을 제거한 공간 벡터를 얻을 수 있다.The cross correlation technique will be described with reference to FIG. By cross-correlating the rotating vectors V (t) and I (t) with Ref (t) rotating at the same speed, we can obtain a space vector with time removed.
즉, 60Hz 성분의 신호 V(t) 및 I(t)를 측정하기 위해서는 같이 60Hz로 회전하는 Ref(t)와 크로스 코릴레이션하면 V(t)'및 I(t)'를 얻을 수 있다. That is, in order to measure the signals V (t) and I (t) of 60 Hz components, V (t) 'and I (t)' can be obtained by cross correlation with Ref (t) rotating at 60 Hz.
이와 같이, 크로스 코릴레이션 결과는 시간이 배제된 고정된 벡터이고, 이 과정을 통해 시간함수 V(t) 및 I(t)를 고정된 복소수 V(ac), I(ac)로 변환할 수 있다. Thus, the cross correlation result is a fixed vector excluding the time, and the time function V (t) and I (t) can be converted into a fixed complex number V (ac), I (ac) .
이렇게 얻은 V(t)'는 교류 전압 (V(ac)), I(t)'는 교류 전류(I(ac))와 일치한다.The obtained V (t) 'corresponds to the AC voltage V (ac), and I (t)' corresponds to the AC current I (ac).
이에 따라, 상기 교류 전압(V(ac))에 따른 복소 전압은 하기의 수식2로 계산되고, 교류 전류(I(ac))에 따른 복소 전류는 하기의 수식3으로 계산된다. Accordingly, the complex voltage according to the ac voltage V (ac) is calculated by the
수식2
수식3
여기서, T=1/Hz, K = 주기당 샘플 수, θ = 360 / K , V(k)는 시간 함수 V(t)의 샘플 열, I(k)는 시간 함수 I(t)의 샘플 열이다.(K) is a sample sequence of a time function V (t), I (k) is a sample sequence of a time function I (t) to be.
또한, 상기 복소 전압 및 복소 전류에 따른 복소 전력은 하기의 수식4로 계산된다.Further, the complex power according to the complex voltage and the complex current is calculated by the following equation (4).
수식4
상기 수식4를 도식화 하면 도5(c)와 같다. The above equation (4) is shown in FIG. 5 (c).
마지막으로, 상기 인버터(20)의 피상전력의 유효전력을 연산하여 인버터 효율을 계산한다(S150). 이때, 상기 인버터 효율은 하기의 수식1로 계산된다. Finally, the inverter efficiency is calculated by calculating the effective power of the apparent power of the inverter 20 (S150). At this time, the inverter efficiency is calculated by the following equation (1).
수식1
여기서, |S(ac)]|는 피상전력, PF는 역률, P(dc)는 직류 발전전력, P(ac)는 교류 발전 유효전력을 나타낸다.Where P (dc) is the DC power generation power, and P (ac) is the AC power generation effective power.
본 발명과 같이, 시간영역함수에서 FFT 1차항(크로스 코릴레이션 기법)을 이용하여 주파수 영역함수로 변환하여 구하고자 하는 주파수에 대해 노치필터링 특성을 가져 DC값에 영향을 받지 않는다는 특성을 가지고 있으며, 즉, 0전위 기준회로의 튜닝 없이 매우 안정저인 계측정밀도를 제공할 수 있는 효과가 있다 As in the present invention, since the frequency domain function is transformed into the frequency domain function using the FFT first order (cross correlation method) in the time domain function, it has a notch filtering characteristic with respect to a frequency to be obtained and is not affected by the DC value, That is, it is possible to provide a measurement accuracy that is very stable without tuning of the zero potential reference circuit
또한, 본 발명은 0전위 기준회로의 튜닝이 필요하지 않기 때문에 0전위 기준회로의 경년 변화 등에 민감할 수 있는 계측 정밀도 부분에서 우수한 특성을 갖는다. Further, since the zero potential reference circuit is not required to be tuned, the present invention has excellent characteristics in the measurement precision portion which can be sensitive to aging of the zero potential reference circuit.
또한, 본 발명은 벡터연산에 의해 물리량을 측정하는 방식이기 때문에 16 또는 32샘플/ 주기정도의 비교적 낮은 샘플 주파수에서도 우수한 계측정밀도를 갖는다는 효과가 있다. Further, since the present invention is a method of measuring the physical quantity by vector calculation, there is an effect that the measurement accuracy is excellent even at a relatively low sample frequency of about 16 or 32 samples / cycle.
예컨대, 60Hz AC의 경우 16샘플/주기는 960Hz이고, 32샘플/주기는 1920Hz이다.For example, for 60 Hz AC, 16 samples / cycle is 960 Hz and 32 samples / cycle is 1920 Hz.
또한, 종래의 선행에서는 위상 비교를 위한 회로를 구비해야 했으나, 본 발명에서는 전류, 전압, 측정회로 외에 PF 측정을 위한 부가회로가 구비되지 않아도 되는 효과가 있다. In addition, in the prior art, a circuit for phase comparison has to be provided. However, in the present invention, an additional circuit for PF measurement is not required in addition to the current, voltage, and measurement circuit.
또한, 벡터연산에 의해 유효전력 및 무효전력을 계산하므로 전류 전압의 위상차 측정이 주파수 카운터의 해상도에 종속되지 않아 정밀하게 측정이 가능하다는 효과가 있다. In addition, since the active power and the reactive power are calculated by the vector calculation, the phase difference measurement of the current voltage is not dependent on the resolution of the frequency counter, so that it is possible to perform precise measurement.
또한, 본 발명은 회전벡터를 이용한 크로스 코릴레이션기법으로 구현하여 주파수에 대해 노치필터링 특성을 갖으며, 이로 인해 DC 값에 영향을 받지 않는다는 효과가 있다. In addition, the present invention is implemented by a cross correlation method using a rotation vector, and has a notch filtering characteristic with respect to a frequency, so that it is not influenced by a DC value.
상기와 같은 태양광 발전 시스템의 스마트 접속반 및 인버터 발전효율 계측방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
The smart connection module and the inverter power generation efficiency measuring method of the solar power generation system as described above are not limited to the configuration and the operation method of the embodiments described above. The embodiments may be configured so that all or some of the embodiments may be selectively combined so that various modifications may be made.
100: 스마트 접속반 110: 신호 입력부
120: 중앙처리부 121: AD 모듈
122: 계측 모듈 123: 제어 모듈
130: 메모리부 140: 통신부
10: 태양전지 모듈 20: 인버터
30: 분전반 40: 부하
50: 출력부 1: 제1 센서부
2: 제2 센서부 3: 제3 센서부100: smart connection module 110: signal input part
120: central processing unit 121: AD module
122: Measurement module 123: Control module
130: memory unit 140: communication unit
10: solar cell module 20: inverter
30: Distribution board 40: Load
50: output unit 1: first sensor unit
2: second sensor unit 3: third sensor unit
Claims (9)
태양광 발전 시스템의 인버터로 전달될 DC전력의 DC 전압 및 전류를 센싱하고, 상기 인버터에서 분전반으로 전달될 발전전력(AC전력)의 AC 전압 및 전류를 센싱하며, 외부에서 상기 분전반으로 인입되는 전력공급자 인입전력(AC전력)의 AC 전압 및 전류를 센싱하여 입력받는 신호 입력부;
상기 신호 입력부가 입력받은 AC 전압 및 AC 전류와 DC 전압 및 DC 전류들로 발전전력, 인입전력, 소비전력, 및 인버터의 발전효율 중 어느 하나 이상의 전기량 정보를 계산하는 중앙처리부;
상기 중앙처리부에서 계산된 전기량 정보를 저장하는 메모리부; 및
상기 중앙 처리부에서 계산된 전기량 정보를 원격지의 출력부로 송신하는 통신부:를 포함하되,
상기 중앙 처리부는 상기 신호 입력부를 통해 들어오는 전압 및 전류신호를 샘플링하고 양자화하여 연산 가능한 데이터로 가공하고, AC 전압 및 AC 전류와 DC 전압 및 DC 전류의 각 전기량을 실시간으로 계측하는 AD 모듈; 상기 AD 모듈에서 가공한 데이터를 이용하여 발전전력, 인입전력, 소비전력, 및 인버터의 발전효율 중 어느 하나 이상 필요한 전기량을 연산하는 연산모듈; 및 상기 연산모듈에서 연산한 전기량 데이터를 이용하여 과전류, 과전압 정보, 인버터 발전효율 정보를 저장하고 상기 통신부로 전달하는 제어모듈;을 포함하고,
상기 연산모듈은 AC 전압 및 AC 전류와 DC 전압 및 DC 전류를 샘플링하여 양자화하고, 양자화된 AC 전압 및 AC 전류와 DC 전압 및 DC 전류를 고속 푸리에 변환(FFT;Fast Fourier Transform)연산을 하여, 고속 푸리에 변환된 전류 및 전압의 기본파 성분 및 2-15조파 성분을 검출하고, 상기 기본파 및 2-15조파 성분으로 총 고조파 에너지 밀도를 산출하는 태양광 발전시스템의 스마트 접속반.하는 태양광 발전시스템의 스마트 접속반.
In a smart connection panel of a solar power system,
Sensing the DC voltage and current of the DC power to be delivered to the inverter of the photovoltaic power generation system, sensing the AC voltage and current of the generated power (AC power) to be transferred from the inverter to the distribution board, A signal input unit for sensing AC voltage and current of a supplier incoming power (AC power) and receiving the AC voltage and current;
A central processing unit for calculating electricity amount information of at least one of an AC voltage, an AC current, a DC voltage, and DC currents received by the signal input unit, and the generated electric power, the incoming electric power, the electric power consumed, and the electric power generation efficiency of the inverter;
A memory unit for storing the electricity quantity information calculated by the central processing unit; And
And a communication unit for transmitting the electricity amount information calculated by the central processing unit to an output unit of the remote place,
The central processing unit samples and quantizes the voltage and current signals input through the signal input unit into data that can be operated to be computed, and AD module that measures the respective amounts of AC voltage, AC current, DC voltage, and DC current in real time; A calculation module for calculating an electricity quantity required for at least one of power generation power, input power, power consumption, and power generation efficiency of the inverter using data processed by the AD module; And a control module for storing the overcurrent, the overvoltage information, and the inverter power generation efficiency information using the electricity quantity data calculated by the calculation module and transmitting the overcurrent, overvoltage information, and inverter power generation efficiency information to the communication unit,
The operation module samples and quantizes the AC voltage, the AC current, the DC voltage, and the DC current, quantizes the quantized AC voltage, the AC current, the DC voltage, and the DC current to perform Fast Fourier Transform (FFT) A smart connection unit of a photovoltaic power generation system for detecting a fundamental wave component and a 2-15 wave component of a Fourier transformed current and voltage and calculating a total harmonic energy density with the fundamental wave and 2-15 wave components. Smart access panel of the system.
상기 소비전력은 하기의 관계식으로 연산되는 태양광 발전시스템의 스마트 접속반.
관계식
여기서, Pload는 소비전력, Ppv는 발전전력, 및 Pkep는 인입전력을 나타냄.
The method according to claim 1,
Wherein the power consumption is calculated by the following relational expression.
Relation
Where P load is the power consumption, P pv is the generated power, and P kep is the incoming power.
상기 신호 입력부는 상기 인버터에 전달되는 DC 전력을 센싱하여 DC 전류 및 전압을 입력받는 제1 센서부, 상기 인버터에서 분전반으로 전달되는 발전전력을 센싱하여 AC전류 및 전압을 입력받는 제2 센서부, 및 외부에서 상기 분전반에 전달되는 인입전력을 센싱하여 AC 전류 및 전압을 입력받는 제3 센서부로 부터 AC 전압 및 AC 전류와 DC 전압 및 DC 전류를 전달받는 태양광 발전시스템의 스마트 접속반.
The method according to claim 1,
Wherein the signal input unit comprises: a first sensor unit for sensing a DC power transmitted to the inverter and receiving a DC current and a voltage; a second sensor unit for receiving AC current and voltage by sensing generation power transmitted from the inverter to the distribution board; And a smart connection unit for receiving AC voltage, AC current, DC voltage, and DC current from a third sensor unit which senses an incoming electric power transmitted from the outside to the distribution board and receives AC current and voltage.
상기 스마트 접속반은 상기 스마트 접속반에서 인버터로 전달되는 직류전압(V(dc)) 및 전류(I(dc))를 계측하는 단계;
상기 인버터에서 분전반으로 전달되는 교류전압(V(ac)) 및 전류(I(ac))를 계측하는 단계;
상기 직류 전압 및 전류로 태양전지모듈에서 생산되는 발전전력P(dc)을 연산하고, 상기 교류 전압 및 전류로 인버터의 피상전력(|S(ac)|)을 연산하는 단계; 및
상기 인버터의 피상전력의 유효전력을 연산하여 인버터 효율을 계산하는 단계;를 포함하되,
상기 교류전압(V(ac)) 및 전류(I(ac))를 시간영역함수에서 FFT 1차항(크로스 코릴레이션 기법)을 이용하여 주파수 영역함수로 변환하여 연산하는 인버터 발전효율 계측방법.
A method of measuring an inverter power generation efficiency using a smart connection module of a solar power generation system according to any one of claims 1, 3, and 4,
Wherein the smart connection module measures a DC voltage (V (dc)) and a current (I (dc)) transferred from the smart connection module to the inverter;
Measuring an AC voltage (V (ac)) and a current (I (ac)) transmitted from the inverter to the distribution board;
Calculating the generated power P (dc) produced by the solar cell module with the DC voltage and current, and calculating the apparent power (S (ac) |) of the inverter with the AC voltage and current; And
Calculating the effective power of the apparent power of the inverter to calculate inverter efficiency,
The inverter power generation efficiency measuring method of converting the AC voltage (V (ac)) and the current (I (ac)) into a frequency domain function by using FFT first order (cross correlation technique) in a time domain function.
상기 인버터 효율은 하기의 수식1로 계산되는 인버터 발전효율 계측방법.
수식 1
여기서, |S(ac)]|는 피상전력, PF는 역률, P(dc)는 직류 발전전력, P(ac)는 교류 발전 유효전력을 나타냄.
The method of claim 6,
Wherein the inverter efficiency is calculated by the following equation (1).
Equation 1
Where P (dc) is the DC power generation power, and P (ac) is the AC power generation effective power.
상기 교류 전압에 따른 복소 전압은 하기의 수식2로 계산되고, 교류 전류에 따른 복소 전류는 하기의 수식3으로 계산되는 인버터 발전효율 계측방법.
수식2
수식3
여기서, T=1/Hz, K = 주기당 샘플수, θ = 360 / K , V(k) 는 시간 함수 V(t)의 샘플 열, I(k) 는 시간 함수 I(t)의 샘플 열임.
The method of claim 6,
Wherein the complex voltage according to the AC voltage is calculated by the following equation (2), and the complex current according to the AC current is calculated by the following equation (3).
Equation 2
Equation 3
(K) is a sample column of the time function V (t), I (k) is a sample column of the time function I (t), T = 1 / Hz, K = .
상기 복소 전압 및 복소 전류에 따른 복소 전력은 하기의 수식4로 계산되는 인버터 발전효율 계측방법.
수식 4
여기서, P(ac)는 유효전력, Q(ac)는 무효전력, j는 허수임
The method of claim 8,
Wherein the complex power according to the complex voltage and the complex current is calculated by the following equation (4).
Equation 4
Where P (ac) is the effective power, Q (ac) is the reactive power, and j is the imaginary number
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