KR102042964B1 - Wireless monitoring system for photovoltaic generating apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 계통연계형 태양광 발전장치의 무선 감지시스템은, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전력을 생산하는 태양광 발전모듈, 태양광 발전모듈로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터, 인버터로부터 전력계통으로 역송전되는 역송전 전력량 및 수용가의 역률을 측정하여 인버터로 전송하는 검출부, 및 인버터로부터 무선 통신을 통해 전송되는 모니터링 정보를 바탕으로 태양광 발전장치의 동작 상태를 모니터링하고 인버터의 동작을 제어하는 무선 단말기를 포함한다. 따라서, 전력계통으로의 역송전 및 수용가의 역률을 제어하는 기능을 인버터에 내장하여 이용 효율을 최대로 향상시킴과 동시에, 관리자의 무선 단말기를 통해 태양광 발전장치의 모니터링 및 동작을 용이하게 제어할 수 있다. 또한, 인버터가 설치된 접속반 내에 설치된 카메라 장치를 통해 접속반 내부 상태를 촬영하고, 무선 단말기를 통해 촬영 이미지를 확인하여 화재 예방 등의 모니터링이 가능하다.The wireless sensing system of a grid-connected photovoltaic device according to the present invention, a solar power module for generating direct current power by converting solar energy into electrical energy, and converts the direct current power output from the solar power module into alternating current power. To monitor the operating state of the photovoltaic device based on the inverter, a detector for measuring the amount of reverse power transmitted from the inverter to the power system and a power factor of the customer and transmitting the power factor to the inverter, and monitoring information transmitted from the inverter through wireless communication. And a wireless terminal for controlling the operation of the inverter. Therefore, the inverter has a function to control reverse power transmission to the power system and a power factor of the consumer to maximize the use efficiency, and to easily control the monitoring and operation of the photovoltaic device through the wireless terminal of the administrator. Can be. In addition, it is possible to monitor the state of the connection panel through the camera device installed in the connection panel in which the inverter is installed, and to check the photographed image through the wireless terminal to monitor fire prevention.
Description
본 발명은 전력계통과 연계하여 수용가에 전력을 공급하는 계통연계형 태양광 발전장치의 무선 감지시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광 발전시스템으로부터 전력계통으로 역송전되는 전력 및 수용가의 역률을 제어하는 기능을 갖는 계통연계형 태양광 발전장치의 무선 감지시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless sensing system of a grid-connected photovoltaic device for supplying power to a customer in connection with a power system. More particularly, the present invention relates to a power factor of a power and a customer reversely transmitted from a photovoltaic system to a power system. It relates to a wireless sensing system of a grid-connected photovoltaic device having a function to control.
최근 들어, 에너지 절약 및 환경 보호를 위하여, 태양광 발전시스템을 이용한 분산형 전원을 기존의 전력계통과 연계하여 특정 수용가에 전력을 공급하는 계통연계형 태양광 발전시스템이 활발히 개발되고 있다.Recently, in order to save energy and protect the environment, a grid-connected photovoltaic power generation system that actively supplies power to a specific customer by linking a distributed power source using a photovoltaic power generation system with an existing power system has been actively developed.
이처럼 전력계통과 태양광 발전시스템을 이용한 분산형 전원을 연계하여 사용하는 경우, 태양광 발전시스템에서 발전된 전력량이 자체부하의 사용량을 초과할 경우 전력계통으로의 역송전이 발생되어 전력 품질에 악영향을 미치게 된다. In the case of using the distributed power source using the power system and the photovoltaic power generation system as described above, if the amount of power generated in the photovoltaic power generation system exceeds the usage of its own load, reverse transmission to the power system occurs, which adversely affects the power quality. Go crazy.
이에 따라, 현 법규상으로는 50KW 이상의 발전설비에는 역송전 방지장치를 의무적으로 설치하도록 규정하고 있다. Accordingly, the current law stipulates that the reverse transmission prevention device is mandatory to install power generation facilities of 50KW or more.
종래의 역송전 방지장치는 태양광 발전시스템의 발전량이 부하의 사용량을 초과하여 전력계통으로 역송전이 이루어지면, 역송 전력을 역전력 계전기에서 검출하여 이를 션트 차단기로 신호를 보내고, 션트 차단기의 작동을 통해 태양광 발전시스템의 인버터를 강제적으로 차단하는 구성으로 이루어진다.In the conventional reverse transmission prevention device, when the amount of power generation of the photovoltaic power generation system exceeds the usage of the load and the reverse transmission is performed to the power system, the reverse transmission power is detected by the reverse power relay and signaled to the shunt breaker, and the operation of the shunt breaker Through the configuration of forcibly blocking the inverter of the photovoltaic power generation system.
이와 같이, 역송 발생시 태양광 발전시스템의 사용을 강제적으로 차단함으로써, 태양광 발전시스템의 이용 효율이 떨어지는 문제가 발생된다.As such, by forcibly cutting off the use of the photovoltaic power generation system when a backfeed occurs, a problem of lowering the efficiency of use of the photovoltaic power generation system occurs.
또한, 계통연계형 태양광 발전시스템은 일정하게 발전이 되는 것이 아니라, 일사량과 주변기후 및 시간의 변화에 따라 발전량이 결정되므로, 소규모의 태양광 발전시스템은 수용가의 계통에 역률의 영향을 주지 않겠지만, 비교적 규모가 큰 태양광 발전시스템은 수용가의 계통에 역률의 변동을 초래 할 수 있으므로, 태양광 발전시스템의 계통연계형 인버터의 출력을 제어하여 역률을 보상하는 기술이 요구되고 있다.In addition, since the grid-connected solar power generation system does not generate electricity constantly, but the amount of generation depends on the change in the amount of insolation, the surrounding climate and the time, the small-scale solar power generation system will not affect the power system of the customer. However, since a relatively large photovoltaic power generation system may cause power factor fluctuations in a customer's system, a technique for compensating power factor by controlling the output of a grid-connected inverter of a photovoltaic power generation system is required.
(특허문헌 1) KR1700290 B1 (Patent Document 1) KR1700290 B1
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 전력계통으로의 역송전 및 수용가의 역률을 제어하는 기능을 인버터에 내장하여 이용 효율을 최대로 향상시킴과 동시에, 관리자의 무선 단말기를 통해 태양광 발전장치의 모니터링 및 동작을 용이하게 제어할 수 있는 계통연계형 태양광 발전장치의 무선 감지시스템을 제공한다.Therefore, in view of the above problems, the present invention incorporates a function for controlling reverse power transmission to a power system and a power factor of a consumer to the inverter to improve the efficiency of use at the same time and to provide solar power through a wireless terminal of a manager. The present invention provides a wireless sensing system of a grid-connected photovoltaic device that can easily control and monitor the power generation device.
본 발명의 일 실시예에 따른 계통연계형 태양광 발전장치의 무선 감지시스템은, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전력을 생산하는 태양광 발전모듈, 상기 태양광 발전모듈로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터, 상기 인버터로부터 상기 전력계통으로 역송전되는 역송전 전력량 및 상기 수용가의 역률을 측정하여 상기 인버터로 전송하는 검출부, 및 상기 인버터로부터 무선 통신을 통해 전송되는 모니터링 정보를 바탕으로 상기 태양광 발전장치의 동작 상태를 모니터링하고 상기 인버터의 동작을 제어하는 무선 단말기를 포함한다. The wireless sensing system of a grid-connected photovoltaic device according to an embodiment of the present invention, the solar power module for generating direct current power by converting solar energy into electrical energy, the direct current power output from the solar power module Based on the inverter converting the AC power into AC power, the amount of reverse power transmitted from the inverter to the power system, the detector measuring the power factor of the customer and transmitting the power factor to the inverter, and the monitoring information transmitted from the inverter through wireless communication. It includes a wireless terminal for monitoring the operation state of the photovoltaic device and control the operation of the inverter.
상기 검출부는 상기 인버터로부터 상기 전력계통으로 역송전되는 역송전 전력량을 측정하는 역전력 계전기, 및 상기 수용가의 역률을 측정하는 전력량계를 포함한다.The detection unit includes a reverse power relay for measuring the amount of reverse power transmitted from the inverter back to the power system, and a power meter for measuring the power factor of the customer.
상기 인버터는, 상기 태양광 발전모듈로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 변환부, 상기 태양광 발전모듈로부터의 출력 전력이 최대 전력을 생산하는 동작점에서 운전되도록 제어하는 최대전력점 추종제어부, 상기 역전력 계전기로부터 전송된 역송전 정보를 기초로 상기 최대전력점 추종제어부의 제어를 통해 상기 전력계통으로 역송전되는 전력을 제어하는 역송전 제어부, 상기 전력량계로부터 전송된 역률 정보를 기초로 상기 전력 변환부의 제어를 통해 상기 수용가의 역률을 제어하는 역률 제어부, 및 상기 무선 단말기와의 무선 통신을 위한 무선 통신부를 포함할 수 있다.The inverter, a power conversion unit for converting the DC power output from the photovoltaic module into AC power, the maximum power point tracking to control the output power from the photovoltaic module to be operated at the operating point to produce the maximum power A control unit, a reverse power transmission control unit for controlling the power transmitted back to the power system through the control of the maximum power point tracking control unit based on the reverse power transmission information transmitted from the reverse power relay, based on the power factor information transmitted from the power meter A power factor control unit may control the power factor of the consumer through the control of the power converter, and a wireless communication unit for wireless communication with the wireless terminal.
상기 역송전 제어부는 상기 역전력 계전기에서 측정된 역송전 전력량이 설정된 한계용량 이하인 경우, 상기 인버터의 출력 전력을 조절하는 역송전 제어 모드로 제어하고, 상기 역전력 계전기에서 측정된 역송전 전력량이 상기 한계용량을 초과할 경우, 상기 인버터의 출력을 차단하는 출력 차단 모드로 제어하며, 상기 역전력 계전기에서 역송전이 감지되지 않을 경우, 상기 최대전력점 추종제어부가 정상적인 상태에서 최대전력점 추종 기능을 수행하는 최대전력점 추종 모드로 제어할 수 있다.The reverse transmission control unit controls the reverse transmission control mode to adjust the output power of the inverter when the amount of reverse transmission power measured by the reverse power relay is equal to or less than a set threshold capacity, and the reverse transmission power amount measured by the reverse power relay is When the limit capacity is exceeded, the inverter is controlled to an output blocking mode that blocks the output of the inverter. When the reverse power transmission is not detected by the reverse power relay, the maximum power point following control unit performs the maximum power point following function in a normal state. Control to the maximum power point following mode to perform.
상기 역송전 제어부는 상기 역송전 제어 모드에서, 상기 최대전력점 추종제어부에서 추종되는 동작점이 정상적인 상태에서 최대 전력을 생산하는 제1 동작점 대신, 측정된 역송전 전력량에 대응되는 전력량 만큼 조절된 제2 동작점에서 운전되도록 제어할 수 있다.The reverse power transmission controller is configured to adjust the amount of power corresponding to the measured amount of reverse power transmission in the reverse power transmission control mode, instead of the first operating point that produces the maximum power in the normal state. It can be controlled to operate at 2 operating points.
상기 역률 제어부는 상기 전력량계에서 측정된 역률과 기설정된 목표 역률을 비교하고, 상기 측정된 역률이 상기 목표 역률의 범위를 벗어난 것으로 판단되면, 상기 수용가의 역률이 상기 목표 역률의 범위 내에 들어오도록 상기 전력 변환부에서 출력되는 전력의 유효 전력 및 무효 전력 중 적어도 하나의 제어를 통해 역률을 제어할 수 있다.The power factor controller compares the power factor measured by the electricity meter with a predetermined target power factor, and when the measured power factor is determined to be out of the target power factor, the power factor of the consumer falls within the target power factor. The power factor may be controlled by controlling at least one of active power and reactive power of the power output from the converter.
상기 무선 단말기는 상기 태양광 발전장치의 동작 상태를 모니터링하고 상기 인버터의 동작을 제어하기 위한 컨트롤 어플리케이션을 포함할 수 있다.The wireless terminal may include a control application for monitoring the operating state of the photovoltaic device and controlling the operation of the inverter.
이와 같은 계통연계형 태양광 발전장치의 무선 감지시스템에 따르면, 전력계통으로의 역송전 발생 여부 및 역송전 전력량의 크기에 따라, 인버터의 운전 모드를 역송전 제어 모드, 출력 차단 모드, 및 최대전력점 추종 모드 등으로 구분하여 운전을 수행하도록 제어하고, 역송전 제어 모드에서는 최대전력점 추종제어부에서 동작점의 위치를 조절하는 방식으로 인버터의 출력 전력을 제어함으로써, 계통연계형 태양광 발전시스템의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.According to the wireless sensing system of the grid-connected photovoltaic device, the operation mode of the inverter is based on the reverse transmission control mode, the output cutoff mode, and the maximum power, depending on whether the reverse transmission occurs to the power system and the magnitude of the reverse transmission power. In the reverse transmission control mode, the output power of the inverter is controlled by controlling the position of the operating point in the maximum power point following controller in the reverse power transmission control mode. Use efficiency can be improved.
또한, 인버터 내에 역률을 제어하는 기능을 내장시킴으로써, 전력계통의 안정화 및 전력 손실을 최소화시키고, 전기 요금을 최대한 절감할 수 있다.In addition, by embedding a function to control the power factor in the inverter, it is possible to minimize the stabilization and power loss of the power system, and to reduce the electric bill as much as possible.
또한, 관리자의 무선 단말기를 통해 태양광 발전장치의 동작 상태에 대한 모니터링 및 인터버의 동작을 용이하게 제어할 수 있다.In addition, it is possible to easily control the operation of the monitoring and monitoring of the operation state of the photovoltaic device through the wireless terminal of the manager.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통연계형 태양광 발전장치의 무선 감지시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 검출부 및 인버터의 구성을 보다 상세히 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 역송 제어 및 역률 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 인버터의 역송전 제어 모드에서의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 통상적으로 수용가에서의 기존 부하와 태양광 발전을 병렬 운전하는 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 역률 제어 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.1 is a schematic configuration diagram of a wireless sensing system of a grid-connected photovoltaic device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating in detail the configuration of the detector and the inverter illustrated in FIG. 1.
3 is a flowchart illustrating a method for controlling the power transmission and power factor of an inverter according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a control method in the reverse power transmission control mode of the inverter.
5 is a view showing an example of parallel operation of the conventional load and photovoltaic power generation in the consumer.
6 is a diagram illustrating an example of a power factor control method according to the present invention.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 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 실시예들을 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 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. The above-described features and effects of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, and thus, those skilled in the art to which the present invention pertains may easily implement the technical idea of the present invention. Could be. As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification, and that one or more other features It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통연계형 태양광 발전장치의 무선 감지시스템의 개략적인 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 검출부 및 인버터의 구성을 보다 상세히 나타낸 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a wireless sensing system of a grid-connected photovoltaic device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram illustrating the configuration of the detector and the inverter shown in FIG. 1 in more detail.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계통연계형 태양광 발전장치의 무선 감지시스템은 전력계통(100)과 연계하여 특정 수용가의 부하(200)에 전력을 공급하는 태양광 발전장치의 무선 감지시스템에 대한 것으로, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전력을 생산하는 태양광 발전모듈(300), 태양광 발전모듈(300)로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하(200)에 공급하는 인버터(400), 인버터(400)로부터 전력계통(100)으로 역송전되는 역송전 전력량 및 수용가의 역률을 측정하여 인버터(400)로 전송하는 검출부(500), 및 인버터(400)로부터 무선 통신을 통해 전송되는 모니터링 정보를 바탕으로 태양광 발전장치의 동작 상태를 모니터링하고 인버터(400)의 동작을 제어하는 무선 단말기(600)를 포함한다. 1 and 2, a wireless sensing system of a grid-connected photovoltaic device according to an embodiment of the present invention provides a power supply to a
태양광 발전모듈(300)은 태양광 에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 광전지로서, 태양전지의 최소단위인 태양전지 셀들이 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결된 구성을 갖는다. 태양광 발전모듈(300)은 건물의 지붕이나 벽 등에 설치될 수 있다.The
인버터(400)는 상용전원을 제공하는 전력계통과 연계하여 태양광 발전모듈(300)로부터 출력되는 직류 전력을 부하(200)에서의 사용이 가능한 교류 전력으로 변환하여 태양광 발전전력을 부하(200)에 공급한다. The
인버터(400)로부터 출력되는 태양광 발전전력이 수용가의 부하(200)에 공급될 때, 인버터(400)로부터 출력되는 태양광 발전전력이 부하(200)의 사용량보다 클 경우 전력계통(100)으로의 역송전이 발생될 수 있다. 이러한 역송전 정보를 검출하기 위하여 검출부(500)는 역전력 계전기(510)를 포함한다.When the photovoltaic power output from the
역전력 계전기(510)는 전력계통(100)의 전원공급라인 상에 설치되며, 인버터(400)로부터 전력계통(100)으로 역송전이 발생될 경우, 전력계통(100)으로 역송전되는 역송전의 감지 및 역송전 전력량을 측정하고, 이와 관련된 역송전 정보를 인버터(400)로 전송한다. 예를 들어, 역전력 계전기(510)는 일정한 시간 간격으로 역송전의 감지 및 역송전 전력량을 측정하고, 내부 또는 외부에 배치된 통신 인터페이스를 통해 측정된 역송전 정보를 인버터(400)로 전송한다.The reverse power relay 510 is installed on the power supply line of the
한편, 검출부(500)는 수용가의 역률을 측정하기 위한 전력량계(520)를 더 포함할 수 있다. 전력량계(520)는 전력계통(100)의 전원공급라인 상에 설치되며, 정상적인 태양광발전 동작시, 수용가의 역률을 측정하여 이와 관련된 역률 정보를 인버터(400)로 전송한다. 예를 들어, 전력량계(520)는 일정한 시간 간격으로 역률을 측정하고, 내부 또는 외부에 배치된 통신 인터페이스를 통해 측정된 역률 정보를 인버터(400)로 전송한다.On the other hand, the
본 발명의 일 실시예에 따른 계통연계형 태양광 발전장치의 무선 감지시스템은 인버터(400) 내에 전력계통(100)으로 역송되는 전력을 제어하는 기능과, 수용가의 역률을 제어하는 기능 중 적어도 하나의 기능이 내장된다. 이러한 기능을 구현하기 위해, 인버터(400)는 전력 변환부(410), 최대전력점 추종제어부(420), 역송전 제어부(430) 및 역률 제어부(440)를 포함할 수 있다.Wireless sensing system of a grid-connected photovoltaic device according to an embodiment of the present invention is at least one of the function of controlling the power back to the
전력 변환부(410)는 태양광 발전모듈(300)로부터 출력되는 직류 전력을 부하(200)의 사용에 적합한 교류 전력으로 변환하는 기능을 수행한다.The
최대전력점 추종제어부(420)는 태양광 발전모듈(300)로부터의 출력 전력이 최대 전력을 생산하는 동작점에서 운전되도록 제어하는 기능을 수행한다. 일반적으로, 태양광 발전모듈(300)의 출력은 일사량, 온도, 구름 등의 주위 환경에 따라 전압 및 전류가 비선형적으로 변화하는 특성을 보이므로, 주위 환경에 의해 출력이 비선형적으로 변화하는 태양광 발전모듈(300)에서 최대 전력을 얻기 위한 기술로 최대전력점 추종(MPPT : Maximum Power Point Tracking) 제어 기술이 적용된다. 즉, MPPT 제어란, 주위 환경에 의해 출력이 비선형적으로 변화하는 태양광 발전시스템으로부터 최대 전력을 안정적으로 생산할 수 있도록 시스템의 동작점으로 최대전력점을 자동으로 추적하는 기술을 의미한다.The maximum power
역송전 제어부(430)는 역전력 계전기(510)로부터 전송된 역송전 정보를 기초로 최대전력점 추종제어부(420)의 제어를 통해 전력계통(100)으로 역송전되는 전력을 제어한다. 즉, 역송전 제어부(430)는 전력계통(100)으로의 역송전 발생 여부 및 역송전 전력량의 크기에 따라, 인버터(400)의 운전 모드를 역송전 제어 모드, 출력 차단 모드, 및 최대전력점 추종 모드 등으로 변경하여 운전을 수행하도록 제어한다.The reverse
역률 제어부(440)는 전력량계(520)로부터 전송된 역률 정보를 기초로 전력 변환부(410)의 제어를 통해 수용가의 역률을 제어한다. 즉, 역률 제어부(440)는 수용가에 배치된 부하(200)의 전력 및 역률과, 태양광 발전모듈(300)의 출력 전력 및 역률 등을 종합적으로 고려하여 수용가의 역률을 제어한다. The
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 역송 제어 및 역률 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method for controlling the power transmission and power factor of an inverter according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3을 참조하면, 역전력 계전기(510)를 통해 측정된 역송전 발생 여부 및 역송전 전력량 등의 역송전 정보는 통신 수단을 통해 인버터(400) 내에 설치된 역송전 제어부(430)에 전송된다(S100).Referring to FIGS. 2 and 3, reverse transmission information such as whether reverse transmission occurs and reverse power amount measured by the reverse power relay 510 is transmitted to the reverse
역송전 제어부(430)는 역전력 계전기(510)로부터 전송된 역송전 정보와 기 설정된 한계용량 등의 설정 정보를 비교하여 인터버(400)의 운전 모드를 결정한다(S200).The reverse
일 예로, 역송전 제어부(430)는 역전력 계전기(510)에서 역송전이 감지되고, 측정된 역송전 전력량(P1)이 기 설정된 한계용량(P2) 이하로 판단될 경우, 인버터(400)의 출력 전력을 조절하는 역송전 제어 모드로 제어한다(S300). 통상적으로, 전력계통(100)으로 역송전되는 전력량이 태양광 발전모듈(300)의 설계용량의 20%를 초과하는 경우, 인버터(400)의 출력을 차단하여 역송전을 방지하여야 하므로, 상기 한계용량(P2)은 태양광 발전모듈(300)의 설계용량의 20%에 해당하는 값으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전모듈(300)의 설계용량이 100kW인 경우, 상기 한계용량(P2)은 설계용량의 20%에 해당하는 20kW로 설정되며, 이에 따라, 역송전 제어부(430)는 측정된 역송전 전력량(P1)이 20kW 이하로 판단될 경우, 역송전 제어 모드로 인버터(400)의 동작을 제어한다.For example, when the reverse transmission is detected by the reverse power relay 510 and the measured reverse transmission power amount P1 is determined to be less than or equal to the preset limit capacitance P2, Control in the reverse transmission control mode for adjusting the output power (S300). Typically, when the amount of power back-transmitted to the
도 4는 인버터의 역송전 제어 모드에서의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a control method in the reverse power transmission control mode of the inverter.
도 4를 참조하면, 태양광 발전모듈(300)의 출력은 주위 환경에 따라 비선형적으로 변화하는 특성을 갖기 때문에, 평상시에는 최대전력점 추종제어부(420)의 제어를 통해 최대 전력이 출력되도록 제어한다. Referring to FIG. 4, since the output of the
그러나, 전력계통(100)으로 역송전이 발생될 경우, 역송전 제어부(430)는 역송전 전력량이 기 설정된 한계용량을 초과하지 못하도록 최대전력점 추종제어부(420)의 제어를 통해 인버터(400)의 출력 전력을 조절하는 역송전 제어 모드(S300)로 인버터(400)의 동작을 제어한다.However, when reverse transmission occurs in the
구체적으로, 역송전 제어부(430)는 역송전 제어 모드(S300)에서, 최대전력점 추종제어부(420)에서 추종되는 동작점이 정상적인 상태에서 최대 전력을 생산하는 제1 동작점(MPP1) 대신, 역전력 계전기(510)에서 측정된 역송전 전력량에 대응되는 전력량 만큼 조절된 제2 동작점(MPP2)에서 운전되도록 제어한다. 즉, 역송전 제어 모드(S300)에서, 최대전력점 추종제어부(420)는 실질적으로 최대 전력을 생산하는 제1 동작점(MMP1)을 추종하는 대신, 측정된 역송전 전력량에 대응되는 전력량 만큼 동작점의 위치가 변경된 제2 동작점(MPP2)을 추종하여, 실질적으로 인버터(400)에서 출력되는 전력이 감소되도록 제어한다. In detail, in the reverse transmission control mode S300, the reverse
이와 같이, 전력계통(100)으로의 역송전이 발생될 경우, 최대전력점 추종제어부(420)는 역송전 전력량에 대응되는 전력량 만큼 위치 조절된 동작점을 추종하도록 제어함으로써, 전력계통(100)으로 역송전되는 전력이 가급적 인버터(400)의 출력을 완전히 차단시켜야 하는 상기 한계용량(P2)을 초과하지 않도록 인버터(400)의 출력을 제어할 수 있다. 이처럼, 전력계통(100)으로의 역송전이 발생한다 하여도 역송전 전력량이 인버터(400)를 강제적으로 차단하는 한계용량(P2)을 초과하지 않도록 인버터(400)의 출력 전력을 조절함으로써, 태양광 발전시스템의 이용 효율을 최대로 향상시킬 수 있다.As such, when reverse transmission to the
한편, 역송전 제어부(430)는 역전력 계전기(510)에서 측정된 역송전 전력량(P1)이 상기 한계용량(P2)을 초과하는 것으로 판단될 경우, 인버터(400)의 출력을 차단하는 출력 차단 모드로 제어한다(S400). 예를 들어, 태양광 발전모듈(300)의 설계용량이 100kW인 경우, 역송전 제어부(430)는 측정된 역송전 전력량(P1)이 20kW를 초과하는 것으로 판단될 경우, 인버터(400)의 출력을 차단하여 전력계통(100)으로의 역송전을 강제적으로 중단시킨다.On the other hand, the reverse
또한, 역송전 제어부(430)는 역전력 계전기(510)에서 역송전이 감지되지 않은 것으로 판단될 경우, 최대전력점 추종제어부(420)가 정상적인 상태에서 최대전력점 추종 기능을 수행하는 최대전력점 추종 모드로 제어한다(S500). 즉, 최대전력점 추종제어부(420)는 최대전력점 추종 모드(S500)에서, 정상적인 상태에서 최대 전력을 생산하는 제1 동작점(MPP1)을 추종하도록 제어한다.In addition, when the reverse
이상과 같이, 전력계통(100)으로의 역송전 발생 여부 및 역송전 전력량의 크기에 따라, 인버터(400)의 운전 모드를 출력 조절 모드, 출력 차단 모드, 및 최대전력점 추종 모드 등으로 구분하여 운전을 수행하도록 제어하고, 출력 조절 모드에서는 최대전력점 추종제어부(420)에서 동작점의 위치를 조절하는 방식으로 인버터(400)의 출력 전력을 제어함으로써, 태양광 발전시스템의 이용 효율을 최대한 향상시킬 수 있다.As described above, the operation mode of the
한편, 전력량계(520)를 통해 측정된 역률 정보는 통신 수단을 통해 인버터(400) 내에 설치된 역률 제어부(440)에 전송된다(S600).Meanwhile, the power factor information measured through the
역률 제어부(440)는 전력량계(520)로부터 전송된 역률 정보와 기 설정된 목표 역률을 비교하여 인버터(400)의 역률 제어 여부를 결정한다(S700).The
역률 제어부(440)는 전력량계(520)에서 측정된 역률이 기 설정된 목표 역률의 범위를 벗어난 것으로 판단되면, 수용가의 역률이 목표 역률의 범위 내에 들어오도록 전력 변환부(410)의 출력을 제어한다(S800). 예를 들어, 목표 역률은 약 80% ~ 100%로 설정될 수 있다.If it is determined that the power factor measured by the
도 5는 통상적으로 수용가에서의 기존 부하와 태양광 발전을 병렬 운전하는 예를 나타낸 도면이다. 도 5에서, 기존 부하는 105kVA의 전력을 95%의 역률(PF)로 사용하는 경우이며, 여기에 100%의 역률을 유지하는 50kVA의 태양광 발전모듈이 추가된 구성을 나타낸다.5 is a view showing an example of parallel operation of the conventional load and photovoltaic power generation in the consumer. In FIG. 5, the conventional load is a case where the power of 105 kVA is used at a power factor of 95% (PF), and a 50 kVA photovoltaic module having a power factor of 100% is added thereto.
도 5를 참조하면, 태양광 발전의 연결 없이, 기존 부하를 105kVA의 전력 및 95%의 역률로 운전할 경우, 수용가의 계량점에는 95%의 역률이 측정되며, 부하측 유효전력(Psw)은 105kVA * 0.95 = 100kW, 무효전력(Psvar)은 32kVar로 산출된다. 또한, 100%의 역률을 유지하는 50kVA의 태양광 발전모듈은 일반적인 인버터에 의해 50kVA * 100% = 50kW인 유효전력(Prw)과, 0kVar인 무효전력(Prvar)으로 발전된다.Referring to FIG. 5, when a conventional load is operated at a power of 105 kVA and a power factor of 95% without the connection of photovoltaic power generation, a power factor of 95% is measured at a customer's weighing point, and the load side effective power (Psw) is 105 kVA *. 0.95 = 100kW and reactive power (Psvar) is calculated as 32kVar. In addition, a 50kVA photovoltaic module that maintains a power factor of 100% is generated by active power (Prw) of 50kVA * 100% = 50kW and reactive power (Prvar) of 0kVar by a general inverter.
반면, 전력계통과 태양광 발전모듈을 병렬 운전할 경우, 수용가 계량점에서의 총 유효전력은 100kW - 50kW = 50kW이고, 무효전력은 변화없이 32kVar이므로, 총 피상전력은 sqrt(50*50 + 32*32) = 60kVA가 되며, 이에 따라, 수용가 계량점의 역률은 50/60 = 83%가 된다. 이처럼, 태양광 발전모듈의 설치에 의해 같은 조건에서 역률이 95%에서 83%로 저하되는 것을 알 수 있다.On the other hand, when the power system and the photovoltaic module are operated in parallel, the total active power at the consumer weighing point is 100kW-50kW = 50kW and the reactive power is 32kVar without change, so the total apparent power is sqrt (50 * 50 + 32 * 32) = 60 kVA, whereby the power factor of the consumer metering point is 50/60 = 83%. As such, it can be seen that the power factor decreases from 95% to 83% under the same conditions by the installation of the photovoltaic module.
따라서, 본 실시예에서는, 태양광 발전모듈의 병렬 운전 시 역률이 저하되는 것을 개선하기 위하여, 전력량계(520)를 통해 수용가의 역률을 실시간으로 측정하여 인버터(400) 내의 역률 제어부(440)로 전송하고, 역률 제어부(440)는 측정된 역률 정보와 목표 역률을 비교하여, 최적의 역률을 유지하도록 인버터(400)의 동작을 제어한다.Therefore, in this embodiment, in order to improve the power factor is lowered in parallel operation of the photovoltaic module, the power factor of the customer is measured in real time through the
도 6은 본 발명에 따른 역률 제어 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating an example of a power factor control method according to the present invention.
도 3 및 도 6을 참조하면, 인버터(400)의 역률 보상은 전력량계(520)로부터 송신된 역률 정보, 특히 유효 전력량 및 무효 전력량에 따라, 전력 변환부(440)에서 출력되는 전력의 유효 전력 및 무효 전력 중 적어도 하나의 제어를 통해 역률을 제어할 수 있다.3 and 6, the power factor correction of the
예를 들어, 역률 제어부(440)로 송신된 유효 전력량 및 무효 전력량에 따라, 인버터(400) 출력의 유효전력(Prw)을 50kW로 유지하고, 무효전력(Prvar)을 -20kVar로 발전하도록 제어하면, 수용가 계량점에서의 유효전력은 100kW - 50kW = 50kW이고, 무효전력은 32kVar - 20kVar = 12kVar이므로, 총 피상전력은 sqrt(50*50 + 12*12) = 51.5kVA으로 변경된다. 따라서, 역률은 50/51.5 = 97% 로써 역률이 현저하게 개선되는 것을 확인할 수 있다.For example, if the active power Prw of the output of the
수용가 계량점에서의 역률은 부하의 변동에 따라 변동되고, 또한 태양광 발전량에 따라 변화하므로 실 변화량을 실시간으로 측정할 필요가 있다. 또한, 역률의 측정은 유효전력량과 무효전력량을 측정하여 위상각에 의해 역률을 계산할 수 있다.Since the power factor at the customer measurement point changes with the change of load and also with the amount of photovoltaic generation, it is necessary to measure the actual change in real time. In addition, the power factor may be calculated by measuring the amount of active power and reactive power and calculating the power factor based on the phase angle.
이상과 같이, 전력량계(520)는 측정된 유효전력량 및 무효전력량 정보를 인버터(400)로 실시간 전송하고, 인버터(400)는 전송된 유효전력량 및 무효전력량과, 목표 역률에 의해 계산된 목표 유효전력량 및 목표 무효전력량과 함께 PID Loop를 형성하여, 자기 발전량 즉 유효전력량 및 무효전력량을 조절하여 진상 혹은 지상의 태양광 발전 출력을 제어하여 최적의 역률로 태양광 발전시스템을 운영할 수 있게 된다.As described above, the
도 1 및 도 2를 참조하면, 인버터(400)는 무선 단말기(600)와의 무선 통신을 위한 무선 통신부(450)를 더 포함할 수 있다. 무선 통신부(450)는 역전력 계전기(510)에서 측정된 역송전 전력량 정보, 전력량계(520)에서 측정된 역률 정보, 인버터(400)의 동작 상태에 대한 정보 등을 포함하는 모니터링 정보를 무선 통신망을 통해 무선 단말기(600)로 전송한다.1 and 2, the
무선 단말기(600)는 인버터(400)로부터 전송되는 상기 모니터링 정보를 수신하여 태양광 발전장치의 동작 상태를 모니터링하고, 인버터(400)의 동작을 제어하기 위한 컨트롤 어플리케이션을 포함한다. 무선 단말기(600)는 관리자가 개인적으로 소지하는 스마트폰이나 별도로 마련되는 무선통신 단말장치일 수 있으며, 자체에 구비된 표시부를 통해 모니터링 정보를 표시할 수 있으며, 자체에 구비된 입력부를 조작함으로써 관리자가 모니터링하려는 정보의 종류를 선택하거나, 설정을 변경하고 동작의 제어를 명령할 수 있다.The
상기 컨트롤 어플리케이션은 무선 단말기(600)에 설치되는 소프트웨어로써, 관리자가 태양광 발전장치의 개별 구성에 대한 동작 상태를 모니터링할 수 있는 정보를 무선 단말기(600)의 표시부에 표시하고, 표시되는 정보의 선택, 설정의 변경 및 동작 제어 명령이 가능한 시각적인 인터페이스를 제공한다. 따라서, 관리자가 태양광 발전장치의 동작 상태 및 설정 정보 등을 원격으로 모니터링하고, 설정 변경 및 동작 제어 명령을 입력하여 무선으로 조작할 수 있으므로, 종래에 관리자가 태양광 발전장치의 컨트롤러가 설치된 위치로 이동하여 발전장치를 모니터링 및 조작해야 하는 불편함을 해소할 수 있다.The control application is software installed in the
한편, 인버터(400), 검출부(500) 등의 구성은 접속반 내에 설치될 수 있으며, 상기 접속반 내에는 접속반 내부의 환경 상태를 촬영하기 위한 카메라 장치가 설치될 수 있다. 상기 카메라 장치는 접속반 내부에 먼지나 물기 등이 존재하는 지를 촬영하여 촬영 이미지를 무선 단말기(600)로 전송한다. 따라서, 관리자는 무선 단말기(600)를 통해 접속반 내부의 상태를 확인하여 먼지나 물기 등으로 인한 화재 예방 등의 모니터링을 수행할 수 있다.On the other hand, the configuration of the
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the detailed description of the present invention described above with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art having ordinary skill in the art will be described in the claims to be described later It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.
100 : 전력계통 200 : 부하
300 : 태양광 발전모듈 400 : 인버터
410 : 전력 변환부 420 : 최대전력점 추종제어부
430 : 역송전 제어부 440 : 역률 제어부
450 : 무선 통신부 500 : 검출부
510 : 역전력 계전기 520 : 전력량계
600 : 무선 단말기100: power system 200: load
300: solar power module 400: inverter
410: power conversion unit 420: maximum power point tracking control unit
430: power transmission control unit 440: power factor control unit
450: wireless communication unit 500: detection unit
510: reverse power relay 520: power meter
600: wireless terminal
Claims (6)
태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전력을 생산하는 태양광 발전모듈;
상기 태양광 발전모듈로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터;
상기 인버터로부터 상기 전력계통으로 역송전되는 역송전 전력량 및 상기 수용가의 역률을 측정하여 상기 인버터로 전송하는 검출부; 및
상기 인버터로부터 무선 통신을 통해 전송되는 모니터링 정보를 바탕으로 상기 태양광 발전장치의 동작 상태를 모니터링하고 상기 인버터의 동작을 제어하는 무선 단말기를 포함하며,
상기 검출부는 상기 인버터로부터 상기 전력계통으로 역송전되는 역송전 전력량을 측정하는 역전력 계전기, 및 상기 수용가의 역률을 측정하는 전력량계를 포함하며,
상기 인버터는,
상기 태양광 발전모듈로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 변환부;
상기 태양광 발전모듈로부터의 출력 전력이 최대 전력을 생산하는 동작점에서 운전되도록 제어하는 최대전력점 추종제어부;
상기 역전력 계전기로부터 전송된 역송전 정보를 기초로 상기 최대전력점 추종제어부의 제어를 통해 상기 전력계통으로 역송전되는 전력을 제어하는 역송전 제어부;
상기 전력량계로부터 전송된 역률 정보를 기초로 상기 전력 변환부의 제어를 통해 상기 수용가의 역률을 제어하는 역률 제어부; 및
상기 무선 단말기와의 무선 통신을 위한 무선 통신부를 포함하며,
상기 역송전 제어부는
상기 역전력 계전기에서 측정된 역송전 전력량이 설정된 한계용량 이하인 경우, 상기 인버터의 출력 전력을 조절하는 역송전 제어 모드로 제어하고,
상기 역전력 계전기에서 측정된 역송전 전력량이 상기 한계용량을 초과할 경우, 상기 인버터의 출력을 차단하는 출력 차단 모드로 제어하며,
상기 역전력 계전기에서 역송전이 감지되지 않을 경우, 상기 최대전력점 추종제어부가 정상적인 상태에서 최대전력점 추종 기능을 수행하는 최대전력점 추종 모드로 제어하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광 발전장치의 무선 감지시스템.In the wireless sensing system of the grid-connected photovoltaic device for supplying power to the customer in connection with the power system,
Solar power generation module for generating direct current power by converting solar energy into electrical energy;
An inverter for converting DC power output from the solar power module into AC power;
A detector configured to measure the amount of reverse transmission power and the power factor of the customer to be reversely transmitted from the inverter to the power system and transmit the measured power factor to the inverter; And
It includes a wireless terminal for monitoring the operation state of the photovoltaic device and control the operation of the inverter based on the monitoring information transmitted from the inverter via wireless communication,
The detection unit includes a reverse power relay for measuring the amount of reverse transmission power transmitted back to the power system from the inverter, and a power meter for measuring the power factor of the customer,
The inverter,
A power converter converting DC power output from the solar power module into AC power;
A maximum power point following control unit controlling the output power from the solar power module to be operated at an operating point producing maximum power;
A reverse transmission controller configured to control power reversely transmitted to the power system through control of the maximum power point following controller based on reverse transmission information transmitted from the reverse power relay;
A power factor controller for controlling the power factor of the customer through the control of the power converter based on the power factor information transmitted from the electricity meter; And
It includes a wireless communication unit for wireless communication with the wireless terminal,
The reverse transmission control unit
When the amount of reverse transmission power measured by the reverse power relay is less than or equal to the set threshold capacity, the control unit controls the reverse transmission control mode to adjust the output power of the inverter,
When the amount of reverse transmission power measured by the reverse power relay exceeds the limit capacity, it is controlled to an output interruption mode that blocks the output of the inverter,
If no reverse transmission is detected in the reverse power relay, the grid-connected photovoltaic device characterized in that the maximum power point tracking control unit controls the maximum power point following mode to perform the maximum power point tracking function in a normal state. Wireless detection system.
상기 역송전 제어부는 상기 역송전 제어 모드에서,
상기 최대전력점 추종제어부에서 추종되는 동작점이 정상적인 상태에서 최대 전력을 생산하는 제1 동작점 대신, 측정된 역송전 전력량에 대응되는 전력량 만큼 조절된 제2 동작점에서 운전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광 발전장치의 무선 감지시스템.The method of claim 1,
The reverse transmission control unit in the reverse transmission control mode,
The operation point followed by the maximum power point tracking control unit is controlled to operate at a second operating point adjusted by the amount of power corresponding to the measured reverse transmission power amount, instead of the first operating point that produces the maximum power in a normal state. Wireless sensing system of grid-connected photovoltaic device.
상기 역률 제어부는
상기 전력량계에서 측정된 역률과 기설정된 목표 역률을 비교하고, 상기 측정된 역률이 상기 목표 역률의 범위를 벗어난 것으로 판단되면, 상기 수용가의 역률이 상기 목표 역률의 범위 내에 들어오도록 상기 전력 변환부에서 출력되는 전력의 유효 전력 및 무효 전력 중 적어도 하나의 제어를 통해 역률을 제어하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광 발전장치의 무선 감지시스템.The method of claim 1,
The power factor controller
When the power factor measured by the electricity meter is compared with a predetermined target power factor, and it is determined that the measured power factor is out of the range of the target power factor, the power converter outputs the power factor so that the power factor is within the range of the target power factor. A wireless sensing system of a grid-connected photovoltaic device, characterized in that the power factor is controlled by controlling at least one of the active power and the reactive power.
상기 무선 단말기는 상기 태양광 발전장치의 동작 상태를 모니터링하고 상기 인버터의 동작을 제어하기 위한 컨트롤 어플리케이션을 포함하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광 발전장치의 무선 감지시스템.
The method of claim 1,
The wireless terminal includes a control application for monitoring the operating state of the photovoltaic device and control the operation of the inverter wireless sensing system of a grid-connected photovoltaic device.
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