KR102688738B1 - Enhanced solar photovoltaic power generation system for blocking earth fault - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 인버터 입력 전압이 인버터 기동 전압 이하일 경우, 인버터 입력 전압을 인버터 기동 전압 범위로 상승시켜 인버터가 기동하도록 하여 태양광 발전이 이루어지도록 하는 동시에 지락 차단에도 강인하도록 한 것이다.The present invention relates to a solar power generation system that is strong against ground faults. When the inverter input voltage is below the inverter starting voltage, the inverter input voltage is raised to the inverter starting voltage range to start the inverter, thereby generating solar power generation while preventing ground faults. It is designed to be strong against blocking.
Description
본 발명은 태양광 발전 기술에 관련한 것으로, 특히 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to solar power generation technology, and particularly to a solar power generation system that is resistant to ground fault interruption.
태양광 발전 시스템(Solar photovoltaic power generation system)은 태양의 빛 에너지를 태양 전지를 이용하여 직접 전기 에너지로 변환하는 시스템으로, 발전 시 이산화탄소가 발생하지 않고, 반영구적으로 전기를 생성할 수 있다는 장점이 있다.A solar photovoltaic power generation system is a system that directly converts the sun's light energy into electrical energy using solar cells. It has the advantage of generating electricity semi-permanently without generating carbon dioxide during power generation. .
도 1 은 통상적인 태양광 발전 시스템을 예시한 도면이다. 도 1 에 도시한 바와 같이 통상적인 태양광 발전 시스템(10)은 다수의 태양광 스트링(11)들과, 적어도 하나의 인버터(12)와, 다수의 접속반(13)들을 포함한다.Figure 1 is a diagram illustrating a typical solar power generation system. As shown in FIG. 1, a typical solar power generation system 10 includes a plurality of solar strings 11, at least one inverter 12, and a plurality of connection panels 13.
다수의 태양광 스트링(11)들은 태양광을 광전 변환하여 직류 전력으로 출력한다. 태양광 스트링(11)은 태양광 패널들이 다수개 직렬로 연결되어 이루어지며, 각 태양광 패널들은 다수의 태양 전지셀들이 직/병렬 연결된다.A plurality of solar strings 11 convert sunlight into photoelectric power and output it as direct current power. The solar string 11 is made up of a plurality of solar panels connected in series, and each solar panel has a plurality of solar cells connected in series/parallel.
적어도 하나의 인버터(12)는 다수의 태양광 스트링(11)들에 의해 출력되어 입력되는 직류 전력들을 변환하여 교류 전력으로 출력한다. 인버터(12)로부터 출력되는 교류 전력은 상용 전력 계통(20)으로 제공되어 부하(주택, 건물, 빌딩 등의 전력 설비)로 공급된다.At least one inverter 12 converts direct current power output and input from the plurality of solar strings 11 and outputs it into alternating current power. The AC power output from the inverter 12 is provided to the commercial power system 20 and supplied to loads (houses, buildings, power facilities such as buildings).
다수의 접속반(13)은 다수의 태양광 스트링(11)들 각각의 출력단을 인버터(120) 입력단과 전기적으로 연결한다. 접속반(13)을 통해 다수의 태양광 스트링(11)들이 하나의 인버터(12)에 공통으로 병렬 연결될 수도 있고, 접속반(13)을 통해 다수의 태양광 스트링(11)들이 다수의 인버터(12)에 일대일로 직렬 연결될 수도 있다.A plurality of connection panels 13 electrically connect the output terminal of each of the plurality of solar strings 11 to the input terminal of the inverter 120. A plurality of solar strings 11 may be connected in common to one inverter 12 in parallel through the connection panel 13, and a plurality of solar strings 11 may be connected to a plurality of inverters ( 12) can also be connected in series one-to-one.
태양광 발전 시스템(10)에서 대지로 전류가 흐르는 지락(Earth Fault)은 태양광 스트링(11)들 출력단, 인버터(12) 입력단 및 인버터(12) 출력단에서 발생하며, 종래의 경우 인버터(12) 출력측에 전류 센서(14)를 설치하여 지락 전류를 검출하여 지락이 발생하면 인버터(12)를 차단하거나, 회로 전체를 차단하였다.Earth faults in which current flows from the solar power generation system 10 to the ground occur at the output terminal of the solar strings 11, the input terminal of the inverter 12, and the output terminal of the inverter 12. In the conventional case, the inverter 12 A current sensor 14 was installed on the output side to detect ground fault current, and when a ground fault occurred, the inverter 12 was cut off or the entire circuit was cut off.
인버터(12)를 차단하거나, 회로 전체를 차단할 경우, 태양광 발전 시스템(10)의 태양광 발전 동작이 멈추게 되어 전기를 생산할 수 없었고, 태양광 발전 시스템(10)의 어느 부위에서 지락이 발생했는지 알 수 없었기 때문에 유지 보수 담당자가 태양광 발전 시스템(10) 전체를 점검하여 지락이 발생한 부분을 알아내야만 하는 불편함이 있었다.When the inverter 12 is blocked or the entire circuit is blocked, the solar power generation operation of the solar power generation system 10 stops and electricity cannot be produced, and where in the solar power generation system 10 does the ground fault occur? Because it was unknown, there was the inconvenience of having to inspect the entire solar power generation system (10) to find out where the ground fault occurred.
더욱이, 태양광 스트링(11) 출력단과 인버터 입력단에서 지락이 발생하여 인버터에서 지락 차단 장치가 동작시 태양광 스트링(11)과 인버터(12) 입력단 간에 인가되는 높은 개방 전압(인버터가 차단된 상태에서의 태양광 스트링 출력 전압)이 소멸되지 않아 유지 보수 담당자가 이 부분을 점검시 감전 사고가 발생할 우려가 있었다. 또한, 태양광 스트링의 지락 동작 전류 이전의 1차적인 지락에 연이어 본격적인 2차 지락이 발생시 높은 아크 전류 발생으로 인해 화재의 위험도 있었다.Moreover, when a ground fault occurs at the output terminal of the solar string (11) and the input terminal of the inverter and the ground fault blocking device in the inverter operates, a high open voltage applied between the solar string (11) and the input terminal of the inverter (12) (when the inverter is blocked) Since the solar string output voltage was not dissipated, there was a risk of electric shock occurring when maintenance personnel inspected this part. In addition, there was a risk of fire due to the generation of high arc current when a full-scale secondary ground fault occurred following the primary ground fault before the ground fault operating current of the solar string.
한편, 인버터(12) 출력단에서 지락이 발생한 경우, 상용 전력 계통(20)의 차단 장치(21)를 이용해 차단해야 하나, 상용 전력 계통(20)의 차단 장치(21)는 태양광 발전 시스템(10)의 유지 보수 담당자가 조작할 수 없었기 때문에 상용 전력 계통(20) 관리사의 협조가 필요하여 대응이 불가능하거나 대응이 늦어질 수 밖에 없었다.On the other hand, if a ground fault occurs at the output terminal of the inverter 12, it must be blocked using the blocking device 21 of the commercial power system 20, but the blocking device 21 of the commercial power system 20 is not used in the solar power generation system 10. Since the maintenance personnel of ) could not operate it, cooperation from the manager of the commercial power system (20) was required, making response impossible or delayed.
한편, 상용 전력 계통(20) 관리사의 협조하에 상용 전력 계통(20)의 차단 장치(21)를 이용해 지락을 차단할 경우, 상용 전력을 사용하는 부하(주택, 건물, 빌딩 등의 전력 설비)들 중 일부가 전력을 공급받지 못할 수도 있어 전력 수용가에 피해가 발생할 우려도 있었다.On the other hand, when ground faults are blocked using the blocking device 21 of the commercial power system 20 with the cooperation of the commercial power system 20 manager, among the loads using commercial power (power facilities such as houses, buildings, buildings, etc.) There were concerns that some people might not receive power, causing damage to electricity consumers.
따라서, 본 발명자는 인버터 입력 전압이 인버터 기동 전압 이하일 경우, 인버터 입력 전압을 인버터 기동 전압 범위로 상승시켜 인버터가 기동하도록 하여 태양광 발전이 이루어지도록 하는 동시에 지락 차단에도 강인한 태양광 발전 시스템에 대한 연구를 하였다.Therefore, when the inverter input voltage is below the inverter starting voltage, the present inventor is conducting research on a solar power generation system that generates solar power by raising the inverter input voltage to the inverter starting voltage range to start the inverter, while also being robust against ground fault interruption. did.
본 발명은 인버터 입력 전압이 인버터 기동 전압 이하일 경우, 인버터 입력 전압을 인버터 기동 전압 범위로 상승시켜 인버터가 기동하도록 하여 태양광 발전이 이루어지도록 하는 동시에 지락 차단에도 강인한 태양광 발전 시스템을 제공함을 그 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a solar power generation system that, when the inverter input voltage is below the inverter starting voltage, increases the inverter input voltage to the inverter starting voltage range to start the inverter to generate solar power generation, and is also resistant to ground fault interruption. Do it as
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템이 태양광을 광전 변환하여 직류 전력으로 출력하는 다수의 태양광 스트링들과; 다수의 태양광 스트링들에 의해 출력되어 입력되는 직류 전력들을 변환하여 교류 전력으로 출력하는 단일의 인버터와; 다수의 태양광 스트링들 각각의 출력단을 단일의 인버터 입력단과 전기적으로 공통으로 병렬 연결하는 접속반과; 다수의 태양광 스트링들과 접속반 사이에 설치되되, 태양광 스트링들 각각의 (+) 출력단에 연결되는 제1스위치와, 태양광 스트링들 각각의 (-) 출력단에 연결되는 제2스위치와, 이웃하는 두 태양광 스트링들의 출력단 간에 연결되되, 하나의 태양광 스트링의 (-) 출력단과 다른 하나의 태양광 스트링의 (+) 출력단 간에 연결되는 제3스위치를 포함하는 매트릭스 스위치와; 매트릭스 스위치의 스위치 절환 제어를 통해 인버터 기동 및 지락 차단 기능을 수행하는 제어부를 포함한다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, a solar power generation system that is resistant to ground faults includes a plurality of solar strings that convert sunlight into photoelectric power and output direct current power; a single inverter that converts direct current power output and input from multiple solar strings and outputs it into alternating current power; a connection panel that electrically connects the output terminals of each of the plurality of photovoltaic strings to the single inverter input terminal in parallel; A first switch installed between a plurality of solar strings and a connection panel, connected to the (+) output terminal of each solar string, and a second switch connected to the (-) output terminal of each solar string, A matrix switch connected between the output terminals of two neighboring solar strings and including a third switch connected between the (-) output terminal of one solar string and the (+) output terminal of the other solar string; It includes a control unit that performs inverter starting and ground fault blocking functions through switch switching control of the matrix switch.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제어부가 인버터 입력 전압이 인버터 기동 전압 이하일 경우, 이웃하는 두 태양광 스트링들 중 하나의 태양광 스트링의 제2스위치와 다른 하나의 태양광 스트링의 제1스위치를 오프(Off)시키고, 제3스위치를 온(On)시켜 이웃된 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 직렬 연결되도록 매트릭스 스위치의 스위치 절환을 제어함으로써 인버터 입력 전압을 인버터 기동 전압 범위로 상승시켜 인버터가 기동하도록 구현될 수 있다.According to an additional aspect of the present invention, when the inverter input voltage is lower than the inverter starting voltage, the control unit turns on the second switch of one solar string and the first switch of the other solar string among the two neighboring solar strings. Turn off and turn on the third switch to control the switching of the matrix switch so that neighboring solar strings are connected in series with the inverter input terminal, thereby raising the inverter input voltage to the inverter starting voltage range to start the inverter. It can be implemented.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제어부가 매트리스 스위치에 의해 이웃된 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 직렬 연결된 상태에서 인버터 입력 전압이 인버터 정격 동작 전압의 2배 이상이 될 경우, 오프(Off) 상태의 하나의 태양광 스트링의 제2스위치와 다른 하나의 태양광 스트링의 제1스위치를 온(On)시키고, 온(On) 상태의 제3스위치를 오프(Off)시켜 이웃된 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 병렬 연결되도록 매트릭스 스위치의 스위치 절환을 제어함으로써 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 병렬 연결되는 상태로 복귀하더라도 인버터가 정상 동작하도록 구현될 수 있다.According to an additional aspect of the present invention, when the inverter input voltage is more than twice the rated operating voltage of the inverter while neighboring solar strings are connected in series with the inverter input terminal by the mattress switch, the control unit is in the off state. The second switch of one solar string and the first switch of the other solar string are turned on, and the third switch in the on state is turned off, so that the neighboring solar strings are connected to the inverter input terminal. By controlling the switch switching of the matrix switch so that it is connected in parallel, the inverter can be implemented to operate normally even if the solar strings return to the state of being connected in parallel with the inverter input terminal.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템이 인버터 출력단에 설치되어, 인버터 출력단 전류를 검출하는 제1전류 센서를 더 포함하고, 제1전류 센서에 의해 인버터 출력단 지락 전류가 검출된 경우, 제어부가 태양광 스트링들 각각의 제1스위치와 제2스위치를 오프(Off)시켜 모든 태양광 스트링의 출력을 차단되도록 매트릭스 스위치의 스위치 절환을 제어함으로써 인버터 출력단 지락을 차단하도록 구현될 수 있다.According to an additional aspect of the present invention, a solar power generation system resistant to ground fault is installed at the inverter output terminal, and further includes a first current sensor for detecting the inverter output terminal current, and the inverter output terminal ground fault current is detected by the first current sensor. When detected, the control unit turns off the first and second switches of each solar string and controls the switching of the matrix switch to block the output of all solar strings, thereby blocking the ground fault at the inverter output terminal. You can.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템이 다수의 태양광 스트링들 각각의 출력단에 설치되어, 태양광 스트링 출력단 전류를 검출하는 다수의 제2전류 센서들을 더 포함하고, 제2전류 센서에 의해 특정 태양광 스트링 출력단 지락 전류가 검출되고, 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 병렬 연결된 상태에서는 제어부가 해당 지락 전류가 검출된 태양광 스트링의 제1스위치와 제2스위치만 오프(Off)시켜 인버터 입력단과 병렬 연결되는 태양광 스트링들 중 지락이 발생한 태양광 스트링의 출력만 차단되도록 매트릭스 스위치의 스위치 절환을 제어함으로써 태양광 스트링 출력단 지락을 차단하도록 구현될 수 있다.According to an additional aspect of the present invention, a solar power generation system resistant to ground faults is installed at the output terminal of each of the plurality of solar strings, and further includes a plurality of second current sensors that detect the solar string output terminal current, The ground fault current at the output terminal of a specific solar string is detected by the second current sensor, and when the solar strings are connected in parallel with the inverter input terminal, the control unit turns off only the first and second switches of the solar string for which the ground fault current was detected ( Off), it can be implemented to block the ground fault at the output terminal of the solar string by controlling the switch switching of the matrix switch so that only the output of the solar string with a ground fault is blocked among the solar strings connected in parallel with the inverter input terminal.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제2전류 센서에 의해 태양광 스트링 출력단 지락 전류가 검출되고, 이웃된 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 직렬 연결된 상태에서는 제어부가 온(ON) 상태인 제1스위치와 제2스위치 및 제3스위치 중 적어도 하나를 오프(Off)시켜 이웃된 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 직렬 연결된 상태에서의 태양광 스트링들의 출력이 차단되도록 매트릭스 스위치의 스위치 절환을 제어함으로써 태양광 스트링 출력단 지락을 차단하도록 구현될 수 있다.According to an additional aspect of the present invention, the ground fault current of the solar string output terminal is detected by the second current sensor, and when the neighboring solar strings are connected in series with the inverter input terminal, the control unit is connected to the first switch in the ON state and Solar string output terminal by turning off at least one of the second switch and the third switch to control switch switching of the matrix switch to block the output of the solar strings when neighboring solar strings are connected in series with the inverter input terminal. It can be implemented to block ground faults.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제1스위치와 제2스위치 및 제3스위치가 기계적인 접점 스위치인 릴레이(Relay) 스위치와, 논리적인 반도체 스위치인 IGBT(Isolated Gate Bipolar Transistor) 스위치 병렬 구조로 구현될 수 있다.According to an additional aspect of the present invention, the first switch, second switch, and third switch are implemented in a parallel structure of a relay switch, which is a mechanical contact switch, and an IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) switch, which is a logical semiconductor switch. It can be.
본 발명은 인버터 입력 전압이 인버터 기동 전압 이하일 경우, 인버터 입력 전압을 인버터 기동 전압 범위로 상승시켜 인버터가 기동하도록 하여 태양광 발전이 이루어지도록 하는 동시에 지락 차단에도 강인하므로, 안정적인 태양광 발전 시스템 운용이 가능한 효과가 있다.In the present invention, when the inverter input voltage is below the inverter starting voltage, the inverter input voltage is raised to the inverter starting voltage range to start the inverter to generate solar power generation. At the same time, it is resistant to ground fault interruption, so stable solar power generation system operation is possible. There is a possible effect.
도 1 은 본 발명에 따른 통상적인 태양광 발전 시스템을 예시한 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템의 일 실시예의 구성을 도시한 회로도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템의 매트릭스 스위치의 스위칭 제어에 의해 다수의 이웃된 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 직렬 연결된 경우의 스트링 출력 상태를 예시한 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템의 인버터 출력단에 지락이 발생한 경우의 매트릭스 스위치의 스위칭 절환 상태를 예시한 도면이다.
도 6 은 본 발명에 따른 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템의 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 병렬 연결된 상태에서 특정 태양광 스트링 출력단에 지락이 발생한 경우의 매트릭스 스위치의 스위칭 절환 상태를 예시한 도면이다.
도 7 은 본 발명에 따른 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템의 매트릭스 스위치의 스위칭 제어에 의해 다수의 이웃된 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 직렬 연결된 상태에서 태양광 스트링 출력단에 지락이 발생한 경우의 매트릭스 스위치의 스위칭 절환 상태를 예시한 도면이다.
도 8 은 본 발명에 따른 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템의 스위치 병렬 구조를 예시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a typical solar power generation system according to the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a solar power generation system resistant to ground fault interruption according to the present invention.
Figure 3 is a circuit diagram showing the configuration of an embodiment of a solar power generation system resistant to ground fault interruption according to the present invention.
Figure 4 is a diagram illustrating the string output state when multiple neighboring solar strings are connected in series to the inverter input terminal by switching control of the matrix switch of the solar power generation system resistant to ground fault interruption according to the present invention.
Figure 5 is a diagram illustrating the switching state of the matrix switch when a ground fault occurs at the output terminal of the inverter of the solar power generation system resistant to ground fault interruption according to the present invention.
Figure 6 is a diagram illustrating the switching state of the matrix switch when a ground fault occurs at the output terminal of a specific solar string while the solar strings of the solar power generation system resistant to ground fault interruption according to the present invention are connected in parallel with the inverter input terminal.
Figure 7 shows the matrix switch when a ground fault occurs at the output terminal of the solar string while multiple neighboring solar strings are connected in series to the inverter input terminal by switching control of the matrix switch of the solar power generation system resistant to ground fault interruption according to the present invention. This is a diagram illustrating the switching state of .
Figure 8 is a diagram illustrating a parallel switch structure of a solar power generation system resistant to ground fault interruption according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예들을 특정한 형태로 한정하려는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through preferred embodiments described with reference to the attached drawings so that those skilled in the art can easily understand and reproduce it. Although specific embodiments are illustrated in the drawings and related detailed descriptions are described, they are not intended to limit the various embodiments of the present invention to any particular form.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the embodiments of the present invention, the detailed description will be omitted.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between.
도 2 는 본 발명에 따른 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도, 도 3 은 본 발명에 따른 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템의 일 실시예의 구성을 도시한 회로도이다.FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a solar power generation system resistant to ground fault interruption according to the present invention, and FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of an embodiment of a solar power generation system resistant to ground fault interruption according to the present invention. am.
도 2 및 도 3 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템(100)은 다수의 태양광 스트링(110)들과, 단일의 인버터(120)와, 접속반(130)과, 매트릭스 스위치(140)와, 제어부(150)를 포함한다.As shown in Figures 2 and 3, the solar power generation system 100 resistant to ground faults according to this embodiment includes a plurality of solar strings 110, a single inverter 120, and a connection panel ( 130), a matrix switch 140, and a control unit 150.
다수의 태양광 스트링(110)들은 태양광을 광전 변환하여 직류 전력으로 출력한다. 태양광 스트링(110)은 태양광 패널들이 다수개 직렬로 연결되어 이루어지며, 각 태양광 패널들은 다수의 태양 전지셀들이 직/병렬 연결된다.A plurality of solar strings 110 convert sunlight into photoelectric power and output it as direct current power. The solar string 110 is made up of a plurality of solar panels connected in series, and each solar panel has a plurality of solar cells connected in series/parallel.
단일의 인버터(120)는 다수의 태양광 스트링(110)들에 의해 출력되어 입력되는 직류 전력들을 변환하여 교류 전력으로 출력한다. 인버터(120)로부터 출력되는 교류 전력은 상용 전력 계통(200)으로 제공되어 부하(주택, 건물, 빌딩 등의 전력 설비)로 공급된다.A single inverter 120 converts the direct current power output and input from the multiple solar strings 110 and outputs it as alternating current power. The AC power output from the inverter 120 is provided to the commercial power system 200 and supplied to loads (houses, buildings, power facilities, etc.).
이 때, 인버터(120)가 최대 전력 추종 제어(MPPT : Power Point Tracking)를 통해 상용 전력 계통(200)으로 안정적인 교류 전력을 제공하도록 구현될 수 있다. 태양광 발전은 기후, 일사량, 온도 등과 같은 외부 조건에 민감하여 태양광 스트링(110)들로부터 출력되는 전압과 전류가 시시각각 바뀌는데, 최대 전력 추종 제어(MPPT)를 통해 상용 전력 계통(200)으로 안정적인 교류 전력을 제공할 수 있다.At this time, the inverter 120 may be implemented to provide stable AC power to the commercial power system 200 through maximum power tracking control (MPPT: Power Point Tracking). Solar power generation is sensitive to external conditions such as climate, solar radiation, and temperature, so the voltage and current output from the solar strings 110 change from time to time. It can provide alternating current power.
태양광 스트링(110)의 출력단이 개방(Open) 상태, 즉 출력단의 저항이 무한대인 상태에서는 태양광 스트링(110)의 양단에 개방전압이 나타나고, 전류가 흐르지 않기 때문에 전달 전력(Power)은 0이 된다.When the output terminal of the solar string 110 is open, that is, the resistance of the output terminal is infinite, an open voltage appears on both ends of the solar string 110, and since no current flows, the transmitted power (Power) is 0. This happens.
태양광 스트링(110)의 출력단의 저항이 점점 작아지게 되면, 저항에 전류가 흐르면서 전력이 전달되게 된다. 이 때 태양광 발전 특성상 많은 전류가 흐르게 되면서 전압이 떨어지게 되는데, 어느 정도 이상 저항이 줄어들게 되면 전압은 떨어지지만 더 이상 전류가 늘어나지 않는 지점이 존재하게 된다.As the resistance of the output terminal of the solar string 110 gradually decreases, current flows through the resistance and power is transmitted. At this time, due to the nature of solar power generation, a lot of current flows and the voltage drops. When the resistance decreases beyond a certain point, the voltage drops, but there is a point where the current no longer increases.
따라서, 외부 상황에 따라 적절하게 부하 조절을 통해 전류와 전압이 최대인 점 즉, 최대 전력을 얻을 수 있는 최대 전력 동작점(MPOP)을 얻을 수 있으며, 최대 전력 동작점(MPOP)은 외부의 조건인 기후, 일사량, 온도 등에 따라서 변하게 된다. 인버터(120)가 최대 전력 동작점(MPOP)을 추종하는 최대 전력 추종 제어(MPPT)를 통해 교류 전력을 출력하면, 상용 전력 계통(200)으로 안정적인 교류 전력을 제공할 수 있다.Therefore, by appropriately adjusting the load according to external circumstances, the maximum current and voltage can be obtained, that is, the maximum power operating point (MPOP) at which the maximum power can be obtained, and the maximum power operating point (MPOP) is determined by external conditions. It varies depending on climate, solar radiation, temperature, etc. When the inverter 120 outputs AC power through maximum power tracking control (MPPT) that follows the maximum power operating point (MPOP), stable AC power can be provided to the commercial power system 200.
한편, 인버터(120)의 교류 전력 출력은 상용 전력 보다 커야 한다. 인버터(120)에서 출력되는 교류 전력이 상용 전력 이하일 경우, 상용 전력 계통(200)의 상용 전력이 오히려 태양광 발전 시스템 측으로 역류하는 현상이 발생하는데, 이를 방지하기 위해 인버터(120)의 입력은 기동 전압 이상이면서 인버터 출력 효율을 위해 최대 동작 전압 이하로 유지되어야 한다.Meanwhile, the AC power output of the inverter 120 must be greater than commercial power. When the AC power output from the inverter 120 is less than commercial power, a phenomenon in which commercial power from the commercial power system 200 flows back to the solar power generation system occurs. To prevent this, the input of the inverter 120 is turned off. It must be maintained above the voltage but below the maximum operating voltage for inverter output efficiency.
접속반(130)은 다수의 태양광 스트링(110)들 각각의 출력단을 단일의 인버터(120) 입력단과 전기적으로 공통으로 병렬 연결한다. 예컨대, 접속반(130)을 통해 짝수개의 태양광 스트링(110)들이 단일의 인버터(120) 입력단과 전기적으로 공통(병렬) 연결되도록 구현될 수 있다.The connection panel 130 electrically connects the output terminal of each of the plurality of solar strings 110 to the input terminal of the single inverter 120 in parallel. For example, an even number of photovoltaic strings 110 may be electrically connected in common (parallel) to the input terminal of a single inverter 120 through the connection panel 130.
매트릭스 스위치(140)는 다수의 태양광 스트링(110)들과 접속반(130) 사이에 설치되되, 제1스위치(141)들과, 제2스위치(142)들 및 제3스위치(143)들을 포함한다.The matrix switch 140 is installed between a plurality of solar strings 110 and the connection panel 130, and includes first switches 141, second switches 142, and third switches 143. Includes.
제1스위치(141)는 태양광 스트링(110)들 각각의 (+) 출력단에 연결된다. 제2스위치(142)는 태양광 스트링(110)들 각각의 (-) 출력단에 연결된다. 제3스위치(143)는 이웃하는 두 태양광 스트링(110)들의 출력단 간에 연결되되, 하나의 태양광 스트링의 (-) 출력단과 다른 하나의 태양광 스트링의 (+) 출력단 간에 연결된다.The first switch 141 is connected to the (+) output terminal of each solar string 110. The second switch 142 is connected to the (-) output terminal of each solar string 110. The third switch 143 is connected between the output terminals of two neighboring solar strings 110, and is connected between the (-) output terminal of one solar string and the (+) output terminal of the other solar string.
도 3 을 참조해 보면, 태양광 스트링(110)들 각각의 양 출력단에 연결되는 제1스위치(141)와 제2스위치(142)들이 온(On)되고, 두 태양광 스트링(110)들의 출력단 간에 연결되는 제3스위치(143)는 오프(Off)되어, 태양광 스트링(110)들의 출력단들이 인버터(120) 입력단에 병렬 연결되어 있음을 볼 수 있다. Referring to FIG. 3, the first switch 141 and the second switch 142 connected to both output terminals of each of the solar strings 110 are turned on, and the output terminals of the two solar strings 110 are turned on. The third switch 143 connected between the two is turned off, and it can be seen that the output terminals of the solar strings 110 are connected in parallel to the input terminal of the inverter 120.
제어부(150)는 매트릭스 스위치(140)의 스위치 절환 제어를 통해 인버터(120) 기동 및 지락 차단 기능을 수행한다. 일출 전이나 일몰 후나 날씨가 흐린 경우 각 태양광 스트링(110)들의 출력 전압이 떨어지게 되므로, 인버터(120) 입력 전압이 기동 전압 이하로 떨어져 인버터가 동작하지 않게 된다.The control unit 150 starts the inverter 120 and performs a ground fault blocking function through switch control of the matrix switch 140. When the weather is cloudy before sunrise or after sunset, the output voltage of each solar string 110 drops, so the input voltage of the inverter 120 falls below the starting voltage and the inverter does not operate.
본 발명은 인버터(120) 입력 전압이 기동 전압 이하로 떨어져 인버터가 동작하지 않는 상황에서 제어부(150)가 매트릭스 스위치(140)의 스위치들을 스위칭 제어하여 인버터(120)에 병렬 연결되는 태양광 스트링(110)들을 인버터(120)와 직렬 연결되도록 구현하여 인버터(120) 입력 전압을 인버터 기동 전압 범위로 상승시킴으로써 인버터가 기동하여 태양광 발전을 시작하거나 지속할 수 있다.In the present invention, in a situation where the input voltage of the inverter 120 falls below the starting voltage and the inverter does not operate, the control unit 150 controls the switching of the switches of the matrix switch 140 to generate a solar string connected in parallel to the inverter 120 ( 110) are implemented to be connected in series with the inverter 120 to increase the input voltage of the inverter 120 to the inverter starting voltage range, so that the inverter can start and start or continue solar power generation.
또한, 본 발명은 인버터 출력단 및 태양광 스트링 출력단 지락 전류가 검출된 경우, 제어부(150)가 매트릭스 스위치(140)의 스위치들을 스위칭 제어하여 인버터 출력을 차단시키거나, 지락이 발생한 스트링 출력단 출력을 차단시킴으로써 지락을 차단하여 태양광 발전 시스템을 보호할 수 있다.In addition, in the present invention, when a ground fault current is detected at the inverter output terminal and the solar string output terminal, the control unit 150 controls the switching of the switches of the matrix switch 140 to block the inverter output or the output of the string output terminal where the ground fault occurs. This can protect the solar power generation system by blocking ground faults.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 인버터 입력 전압이 인버터 기동 전압 이하일 경우, 인버터 입력 전압을 인버터 기동 전압 범위로 상승시켜 인버터가 기동하도록 하여 태양광 발전이 이루어지도록 하는 동시에 지락 차단에도 강인하므로, 안정적인 태양광 발전 시스템 운용이 가능하다.By implementing this, the present invention enables solar power generation by raising the inverter input voltage to the inverter starting voltage range and starting the inverter when the inverter input voltage is below the inverter starting voltage. At the same time, it is resistant to ground fault interruption, so stable solar power is achieved. Optical power generation system operation is possible.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제어부(150)가 인버터(120) 입력 전압(120)이 인버터 기동 전압 이하일 경우, 이웃하는 두 태양광 스트링(110)들 중 하나의 태양광 스트링의 제2스위치(142)와 다른 하나의 태양광 스트링의 제1스위치(141)를 오프(Off)시키고, 제3스위치(143)를 온(On)시켜 태양광 스트링(110)들이 인버터(120) 입력단과 직렬 연결되도록 매트릭스 스위치(140)의 스위치 절환을 제어함으로써 인버터(120) 입력 전압을 인버터 기동 전압 범위로 상승시켜 인버터(120)가 기동하도록 구현될 수 있다.Meanwhile, according to an additional aspect of the invention, when the input voltage 120 of the inverter 120 is less than or equal to the inverter starting voltage, the control unit 150 operates the second solar string of one of the two neighboring solar strings 110. Turn off the switch 142 and the first switch 141 of the other solar string, and turn on the third switch 143, so that the solar strings 110 are connected to the input terminal of the inverter 120. By controlling the switch switching of the matrix switch 140 so that it is connected in series, the input voltage of the inverter 120 can be raised to the inverter starting voltage range, thereby starting the inverter 120.
예를 들면, 인버터(120)에 병렬 연결되는 태양광 스트링(110)들의 개방 전압(인버터 연결을 끊고 각 태양광 스트링의 출력을 개방한 상태에서 측정된 전압)은 통상 인버터 입력 정격 전압의 80% 정도가 된다.For example, the open voltage (voltage measured with the inverter disconnected and the output of each solar string open) of the solar strings 110 connected in parallel to the inverter 120 is usually 80% of the inverter input rated voltage. That's about it.
예컨대, 본 발명은 일출 전 또는 일몰 후 또는 흐린 날씨에서 측정되는 태양광 스트링(110)들의 개방 전압이 인버터 입력 정격 전압의 65% 정도일 경우, 제어부(150)가 이웃하는 두 태양광 스트링(110)들 중 하나의 태양광 스트링의 제2스위치(142)와 다른 하나의 태양광 스트링의 제1스위치(141)를 오프(Off)시키고, 제3스위치(143)를 온(On)시키도록 매트릭스 스위치(140)의 스위치 절환을 제어한다.For example, in the present invention, when the open-circuit voltage of the solar strings 110 measured before sunrise or after sunset or in cloudy weather is about 65% of the inverter input rated voltage, the control unit 150 controls the two neighboring solar strings 110. A matrix switch to turn off the second switch 142 of one of the solar strings and the first switch 141 of the other solar string, and turn on the third switch 143. Controls the switch switching of (140).
그러면, 도 4 에 도시한 바와 같이 이웃하는 태양광 스트링(110)들이 인버터(120) 입력단과 직렬 연결되어 태양광 스트링(110)들의 출력 전압들이 합해져 인버터(120) 입력 전압이 인버터 기동 전압 범위로 상승되어 인버터(120)가 기동되어 태양광 발전이 이루어진다.Then, as shown in FIG. 4, neighboring solar strings 110 are connected in series with the input terminal of the inverter 120, and the output voltages of the solar strings 110 are added so that the input voltage of the inverter 120 is within the inverter starting voltage range. As it rises, the inverter 120 is started and solar power generation is achieved.
도 4 는 본 발명에 따른 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템의 매트릭스 스위치의 스위칭 제어에 의해 다수의 이웃된 태양광 스트링들이 매트리스 스위치로 직렬 연결된 경우의 스트링 출력 상태를 예시한 도면이다.Figure 4 is a diagram illustrating the string output state when a plurality of neighboring solar strings are connected in series with a mattress switch by switching control of the matrix switch of the solar power generation system resistant to ground fault interruption according to the present invention.
도 4 를 참조해 보면, 이웃하는 두 태양광 스트링(110)들 중 하나의 태양광 스트링의 제2스위치(142)와 다른 하나의 태양광 스트링의 제1스위치(141)가 오프(Off)되고, 제3스위치(143)가 온(On)되어 이웃하는 태양광 스트링(110)들이 인버터(120) 입력단과 직렬 연결됨을 볼 수 있다.Referring to FIG. 4, of the two neighboring solar strings 110, the second switch 142 of one solar string and the first switch 141 of the other solar string are turned off. , it can be seen that the third switch 143 is turned on and the neighboring solar strings 110 are connected in series with the input terminal of the inverter 120.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 인버터 입력 전압이 인버터 기동 전압 이하일 경우, 인버터 입력 전압을 인버터 기동 전압 범위로 상승시켜 인버터가 기동하도록 하여 태양광 발전이 이루어질 수 있다.By implementing this, the present invention can generate solar power by raising the inverter input voltage to the inverter starting voltage range to start the inverter when the inverter input voltage is below the inverter starting voltage.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제어부(150)가 태양광 스트링(110)들이 직렬 연결된 상태에서 인버터 입력 전압이 인버터 정격 동작 전압의 2배 이상이 될 경우, 오프(Off) 상태의 하나의 태양광 스트링의 제2스위치(142)와 다른 하나의 태양광 스트링의 제1스위치(141)를 온(On)시키고, 온(On) 상태의 제3스위치(143)를 오프(Off)시켜 태양광 스트링(110)들이 인버터(120) 입력단과 병렬 연결되도록 매트릭스 스위치(140)의 스위치 절환을 제어함으로써 태양광 스트링(110)들이 인버터(120) 입력단과 병렬 연결되는 상태로 복귀하더라도 인버터가 정상 동작하도록 구현될 수 있다.Meanwhile, according to an additional aspect of the invention, when the inverter input voltage is more than twice the inverter rated operating voltage while the solar strings 110 are connected in series, the control unit 150 operates one of the devices in the off state. The second switch 142 of the solar string and the first switch 141 of the other solar string are turned on, and the third switch 143 in the on state is turned off. By controlling the switching of the matrix switch 140 so that the optical strings 110 are connected in parallel with the input terminal of the inverter 120, the inverter operates normally even if the solar strings 110 return to the state of being connected in parallel with the input terminal of the inverter 120. It can be implemented to do so.
예를 들면, 일출 전에 태양광 스트링(110)들이 인버터(120)에 직렬 연결된 상태에서 일출이 되면 이후 태양광 스트링(110)들 각각의 전압이 꾸준히 상승하게 되어 태양광 스트링(110)들 각각의 출력 전압이 합해진 인버터(120) 입력 전압 역시 상승한다.For example, when the solar strings 110 are connected in series to the inverter 120 before sunrise, the voltage of each of the solar strings 110 steadily increases and the voltage of each solar string 110 increases. The input voltage of the inverter 120, which is the sum of the output voltages, also increases.
인버터(120) 입력 전압이 상승하여 인버터 정격 동작 전압의 2배 이상이 되면, 제어부(150)가 오프(Off) 상태의 하나의 태양광 스트링의 제2스위치(142)와 다른 하나의 태양광 스트링의 제1스위치(141)를 온(On)시키고, 온(On) 상태의 제3스위치(143)를 오프(Off)시키도록 매트릭스 스위치(140)의 스위치 절환을 제어한다. 그러면, 도 3 에 도시한 바와 같이 태양광 스트링(110)들이 인버터(120) 입력단과 병렬 연결되는 상태로 복귀하여 태양광 발전이 계속 지속된다. When the input voltage of the inverter 120 increases and becomes more than twice the inverter rated operating voltage, the control unit 150 switches the second switch 142 of one solar string in the Off state and the second switch 142 of the other solar string. The switch switching of the matrix switch 140 is controlled to turn on the first switch 141 and turn off the third switch 143 in the on state. Then, as shown in FIG. 3, the solar strings 110 return to a state in which they are connected in parallel with the input terminal of the inverter 120, and solar power generation continues.
인버터(120) 입력 전압이 인버터 정격 동작 전압의 2배 이상이 되면, 태양광 스트링(110)들이 인버터(120) 입력단과 병렬 연결되도록 하는 이유는 인버터(120) 입력 전압이 인버터 정격 동작 전압의 2배 이상이 되어야만 태양광 스트링(110)들이 인버터(120) 입력단과 병렬 연결되었을 때 태양광 스트링(110)들의 출력 전압이 인버터 정격 동작 전압 이상이 되어 인버터 기동 전압 보다 커지기 때문이다.When the input voltage of the inverter 120 is more than twice the rated operating voltage of the inverter, the reason why the solar strings 110 are connected in parallel with the input terminal of the inverter 120 is that the input voltage of the inverter 120 is 2 times the rated operating voltage of the inverter. This is because when the solar strings 110 are connected in parallel with the input terminal of the inverter 120, the output voltage of the solar strings 110 becomes more than the inverter rated operating voltage and becomes greater than the inverter starting voltage.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 인버터 입력 전압이 인버터 기동 전압 보다 커지면 태양광 스트링(110)들이 인버터(120) 입력단과 병렬 연결되는 상태로 복귀되어 태양광 발전이 계속 지속되게 되므로, 안정적인 태양광 발전이 이루어질 수 있다.By implementing it in this way, the present invention returns to the state where the solar strings 110 are connected in parallel with the input terminal of the inverter 120 when the inverter input voltage becomes greater than the inverter starting voltage, so that solar power generation continues, thereby ensuring stable solar power generation. This can be done.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템(100)이 제1전류 센서(160)를 더 포함할 수 있다. 제1전류 센서(160)는 인버터(120) 출력단에 설치되어, 인버터 출력단 전류를 검출한다.Meanwhile, according to an additional aspect of the invention, the solar power generation system 100 that is resistant to ground fault interruption may further include a first current sensor 160. The first current sensor 160 is installed at the output terminal of the inverter 120 and detects the inverter output terminal current.
이 때, 제1전류 센서(160)에 의해 인버터(120) 출력단 지락 전류가 검출된 경우, 제어부(150)가 태양광 스트링(110)들 각각의 제1스위치(141)와 제2스위치(142)를 오프(Off)시켜 모든 태양광 스트링(110)의 출력을 차단되도록 매트릭스 스위치(140)의 스위치 절환을 제어함으로써 인버터 출력단 지락을 차단한다.At this time, when a ground fault current at the output terminal of the inverter 120 is detected by the first current sensor 160, the control unit 150 turns on the first switch 141 and the second switch 142 of each of the solar strings 110. ) is turned off to block the ground fault at the inverter output terminal by controlling the switch switching of the matrix switch 140 to block the output of all solar strings 110.
도 5 는 본 발명에 따른 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템의 인버터 출력단에 지락이 발생한 경우의 매트릭스 스위치의 스위칭 절환 상태를 예시한 도면이다.Figure 5 is a diagram illustrating the switching state of the matrix switch when a ground fault occurs at the output terminal of the inverter of the solar power generation system resistant to ground fault interruption according to the present invention.
도 5 를 참조해 보면, 제1전류 센서(160)에 의해 인버터(120) 출력단 지락 전류가 검출된 경우, 태양광 스트링(110)들 각각의 제1스위치(141)와 제2스위치(142)가 오프(Off)되어, 모든 태양광 스트링(110)의 출력이 차단됨으로써 인버터(120) 입력단에 전압이 입력되지 않으므로, 인버터 출력단(120) 지락이 차단되어 인버터(120) 입력단 및 출력단 위험이 방지됨을 볼 수 있다.Referring to FIG. 5, when a ground fault current at the output terminal of the inverter 120 is detected by the first current sensor 160, the first switch 141 and the second switch 142 of each of the solar strings 110 is turned off, the output of all solar strings 110 is blocked, so no voltage is input to the input terminal of the inverter 120, and the ground fault of the inverter output terminal 120 is blocked, preventing danger at the input terminal and output terminal of the inverter 120. You can see it happening.
이와 같이 구현할 경우, 상용 전력 계통의 보호장치를 차단하지 않고, 태양광 발전 시스템 측에서 인버터 출력단 지락에 대한 대처가 가능하므로, 상용 전력 계통의 협조가 필요없어 사용자 편의성을 향상할 수 있다.When implemented in this way, it is possible to respond to a ground fault at the inverter output terminal on the solar power generation system side without blocking the protection device of the commercial power system, thereby improving user convenience by eliminating the need for cooperation from the commercial power system.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템(100)이 다수의 제2전류 센서(170)들을 더 포함할 수 있다. 다수의 제2전류 센서(170)들은 다수의 태양광 스트링(110)들 각각의 출력단에 설치되어, 태양광 스트링(110) 출력단 전류를 검출한다.Meanwhile, according to an additional aspect of the invention, the solar power generation system 100 that is resistant to ground fault interruption may further include a plurality of second current sensors 170. A plurality of second current sensors 170 are installed at the output terminal of each of the plurality of solar strings 110 and detect the output terminal current of the solar string 110.
예컨대, 다수의 제2전류 센서(170)들에 의해 태양광 스트링 출력단 지락 전류가 발생하면 먼저 1차로 경고하고, 1차 경고 후에도 지락 전류가 계속 발생하면 2차로 아래와 같은 태양광 스트링(110) 출력단 지락 차단 동작을 수행하도록 구현될 수 있다.For example, if a ground fault current occurs at the output terminal of the solar string by the plurality of second current sensors 170, a primary warning is first issued, and if the ground fault current continues to occur even after the primary warning, a secondary warning is issued at the output terminal of the solar string 110 as shown below. It may be implemented to perform a ground fault blocking operation.
만일, 제2전류 센서(170)에 의해 특정 태양광 스트링 출력단 지락 전류가 검출되고, 태양광 스트링(110)들이 인버터(120) 입력단과 병렬 연결된 상태에서는 제어부(150)가 해당 지락 전류가 검출된 태양광 스트링의 제1스위치(141)와 제2스위치(142)만 오프(Off)시켜 인버터(120) 입력단과 병렬 연결되는 태양광 스트링(110)들 중 지락이 발생한 태양광 스트링의 출력만 차단되도록 매트릭스 스위치(140)의 스위치 절환을 제어함으로써 태양광 스트링(110) 출력단 지락을 차단하도록 구현될 수 있다.If a ground fault current at the output terminal of a specific solar string is detected by the second current sensor 170, and the solar strings 110 are connected in parallel with the input terminal of the inverter 120, the control unit 150 detects the ground fault current. Only the first switch 141 and the second switch 142 of the solar string are turned off to block only the output of the solar string with a ground fault among the solar strings 110 connected in parallel with the input terminal of the inverter 120. It can be implemented to block ground faults at the output terminal of the solar string 110 by controlling the switch switching of the matrix switch 140 as much as possible.
도 6 은 본 발명에 따른 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템의 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 병렬 연결된 상태에서 특정 태양광 스트링 출력단에 지락이 발생한 경우의 매트릭스 스위치의 스위칭 절환 상태를 예시한 도면이다.Figure 6 is a diagram illustrating the switching state of the matrix switch when a ground fault occurs at the output terminal of a specific solar string while the solar strings of the solar power generation system resistant to ground fault interruption according to the present invention are connected in parallel with the inverter input terminal.
도 6 을 참조해 보면, 태양광 스트링(110)들이 인버터(120) 입력단과 병렬 연결된 상태에서 지락이 발생한 특정 태양광 스트링(도 6 에서 맨위의 태양광 스트링) 출력단에 설치되는 제2전류 센서(170)에 의해 태양광 스트링 출력단 지락 전류가 검출된 경우, 해당 지락 전류가 검출된 태양광 스트링 출력단에 연결되는 제1스위치(141)와 제2스위치(142)만 오프(Off)되고, 지락이 발생하지 않은 다른 태양광 스트링 출력단에 연결되는 제1스위치(141)와 제2스위치(142)는 온(On)되어, 인버터(120) 입력단과 병렬 연결되는 태양광 스트링(110)들 중 지락이 발생한 태양광 스트링의 출력만 차단하여 지락이 발생한 태양광 스트링의 지락을 차단하고 있음을 볼 수 있다.Referring to FIG. 6, while the solar strings 110 are connected in parallel with the input terminal of the inverter 120, a second current sensor ( When a ground fault current at the solar string output terminal is detected by 170), only the first switch 141 and the second switch 142 connected to the solar string output terminal where the ground fault current was detected are turned off, and the ground fault is The first switch 141 and the second switch 142, which are connected to the output terminal of another solar string that has not occurred, are turned on, and a ground fault occurs among the solar strings 110 connected in parallel with the input terminal of the inverter 120. It can be seen that the ground fault of the solar string where the ground fault occurred is blocked by only blocking the output of the solar string where the ground fault occurred.
이와 같이 구현할 경우, 지락이 발생한 태양광 스트링만 검출하여 지락을 차단할 수 있으므로, 지락 사고 원인 파악과 대처가 신속 용이하고, 직류 전력를 출력하는 태양광 스트링 출력단을 차단함으로써 접속반과 인버터 입력단간에 안가되는 높은 개방전압을 소멸시킬 수 있으므로 감전 범위가 좁아진다.When implemented in this way, only the solar string where the ground fault occurred can be detected and the ground fault can be blocked, making it quick and easy to identify and respond to the cause of the ground fault accident. By blocking the solar string output terminal that outputs direct current power, the high voltage that is not allowed between the connection panel and the inverter input terminal is reduced. Since the open-circuit voltage can be dissipated, the range of electric shock is narrowed.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제2전류 센서(170)에 의해 태양광 스트링(110) 출력단 지락 전류가 검출되고, 태양광 스트링(110)들이 인버터(120) 입력단과 직렬 연결된 상태에서는 제어부(150)가 온(ON) 상태인 제1스위치(141)와 제2스위치(142) 및 제3스위치(143) 중 적어도 하나를 오프(Off)시켜 인버터(120) 입력단과 직렬 연결되는 태양광 스트링들의 출력을 차단되도록 매트릭스 스위치(140)의 스위치 절환을 제어함으로써 태양광 스트링(110) 출력단 지락을 차단하도록 구현될 수도 있다.Meanwhile, according to an additional aspect of the invention, the ground fault current at the output terminal of the solar string 110 is detected by the second current sensor 170, and when the solar strings 110 are connected in series with the input terminal of the inverter 120, the control unit Solar power connected in series with the input terminal of the inverter 120 by turning off at least one of the first switch 141, the second switch 142, and the third switch 143, which (150) is in the ON state. It may be implemented to block a ground fault at the output terminal of the solar string 110 by controlling switch switching of the matrix switch 140 to block the output of the strings.
도 7 은 본 발명에 따른 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템의 매트릭스 스위치의 스위칭 제어에 의해 다수의 이웃된 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 직렬 연결된 상태에서 태양광 스트링 출력단에 지락이 발생한 경우의 매트릭스 스위치의 스위칭 절환 상태를 예시한 도면이다.Figure 7 shows the matrix switch when a ground fault occurs at the output terminal of the solar string while multiple neighboring solar strings are connected in series to the inverter input terminal by switching control of the matrix switch of the solar power generation system resistant to ground fault interruption according to the present invention. This is a diagram illustrating the switching state of .
도 7 을 참조해 보면, 태양광 스트링(110)들이 인버터(120) 입력단과 직렬 연결된 상태에서 태양광 스트링(110)들 각각의 출력단에 설치되는 제2전류 센서(170)들 중 적어도 하나에 의해 태양광 스트링 출력단 지락 전류가 검출된 경우, 제3스위치(143)를 오프(Off)시켜 태양광 스트링(110)들의 출력단의 출력을 차단하여 태양광 스트링 출력단 지락을 차단하고 있음을 볼 수 있다. 이 때, 제3스위치(143) 대신 제1스위치(141) 또는/및 제2스위치(142)를 오프(Off)시켜도 무방하다.Referring to FIG. 7, while the solar strings 110 are connected in series with the input terminal of the inverter 120, at least one of the second current sensors 170 installed at the output terminal of each of the solar strings 110 When a ground fault current at the solar string output terminal is detected, the third switch 143 is turned off to block the output terminal of the solar strings 110, thereby blocking the ground fault at the solar string output terminal. At this time, the first switch 141 and/or the second switch 142 may be turned off instead of the third switch 143.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제1스위치(141)와 제2스위치(142) 및 제3스위치(143)가 기계적인 접점 스위치인 릴레이(Relay) 스위치(141a)(142a)(143a)와, 논리적인 반도체 스위치인 IGBT(Isolated Gate Bipolar Transistor) 스위치(141b)(142b)(143b) 병렬 구조로 구현될 수 있다.Meanwhile, according to an additional aspect of the invention, the first switch 141, the second switch 142, and the third switch 143 are mechanical contact switches, such as relay switches 141a, 142a, and 143a. Wow, IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) switches, which are logical semiconductor switches, can be implemented in a parallel structure (141b) (142b) (143b).
도 8 은 본 발명에 따른 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템의 스위치 병렬 구조를 예시한 도면이다. 도 8 을 참조해 보면, 열적 손상이 적은 릴레이(Relay) 스위치(141a)(142a)(143a)와, 과도 전압 발생에 의한 접점 손상이 적은 IGBT 스위치(141b)(142b)(143b)를 병렬 연결하여 제1스위치(141)와 제2스위치(142) 및 제3스위치(143)를 구현하여, 릴레이 스위치와 IGBT 스위치의 장점을 동시에 가진 제1스위치(141)와 제2스위치(142) 및 제3스위치(143)를 구현하고 있음을 볼 수 있다.Figure 8 is a diagram illustrating a parallel switch structure of a solar power generation system resistant to ground fault interruption according to the present invention. Referring to Figure 8, relay switches (141a) (142a) (143a) with less thermal damage and IGBT switches (141b) (142b) (143b) with less contact damage due to excessive voltage are connected in parallel. By implementing the first switch 141, the second switch 142, and the third switch 143, the first switch 141, the second switch 142, and the third switch have the advantages of both a relay switch and an IGBT switch. It can be seen that 3 switches 143 are implemented.
제1스위치(141)와 제2스위치(142) 및 제3스위치(143) 온(On)시에는 먼저 과도 전압 발생이 매우 작아 접점 손상이 없는 IGBT 스위치(141b)(142b)(143b)를 온(On)시킨 후 열적 손상이 적은 릴레이(Relay) 스위치(141a)(142a)(143a)를 온(On)시킨 다음 열적 손상에 약한 IGBT 스위치(141b)(142b)(143b)를 오프(Off)시킴으로써 제1스위치(141)와 제2스위치(142) 및 제3스위치(143)가 릴레이 스위치와 IGBT 스위치의 장점을 동시에 가지게 된다.When the first switch 141, second switch 142, and third switch 143 are turned on, first turn on the IGBT switches 141b, 142b, and 143b, which do not cause contact damage due to very small transient voltage generation. After turning it on, the relay switches 141a, 142a, and 143a, which are less prone to thermal damage, are turned on, and then the IGBT switches, 141b, 142b, and 143b, which are less prone to thermal damage, are turned off. By doing so, the first switch 141, the second switch 142, and the third switch 143 have the advantages of a relay switch and an IGBT switch at the same time.
한편, 제1스위치(141)와 제2스위치(142) 및 제3스위치(143) 오프(Off)시에는 과도 전압 발생이 매우 작아 접점 손상이 없는 IGBT 스위치(141b)(142b)(143b)를 온(On)시킨 후 열적 손상이 적은 릴레이(Relay) 스위치(141a)(142a)(143a)를 오프(Off)시킨 다음 열적 손상에 약한 IGBT 스위치(141b)(142b)(143b)를 오프(Off)시킴으로써 제1스위치(141)와 제2스위치(142) 및 제3스위치(143)가 릴레이 스위치와 IGBT 스위치의 장점을 동시에 가지게 된다.On the other hand, when the first switch 141, the second switch 142, and the third switch 143 are turned off, the transient voltage generation is very small, so the IGBT switches 141b, 142b, and 143b are used without contact damage. After turning on, the relay switches 141a, 142a, and 143a, which have less thermal damage, are turned off, and then the IGBT switches 141b, 142b, and 143b, which are less prone to thermal damage, are turned off. ), the first switch 141, the second switch 142, and the third switch 143 have the advantages of a relay switch and an IGBT switch at the same time.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 인버터 입력 전압이 인버터 기동 전압 이하일 경우, 인버터 입력 전압을 인버터 기동 전압 범위로 상승시켜 인버터가 기동하도록 하여 태양광 발전이 이루어지도록 하는 동시에 지락 차단에도 강인하므로, 안정적인 태양광 발전 시스템 운용이 가능하다.As described above, the present invention, when the inverter input voltage is below the inverter starting voltage, raises the inverter input voltage to the inverter starting voltage range to start the inverter to generate solar power generation, and is also resistant to ground fault interruption, thereby providing stable solar power. Optical power generation system operation is possible.
본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. The various embodiments disclosed in this specification and drawings are merely presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the various embodiments of the present invention.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위는 여기에서 설명된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예들의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예들의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Accordingly, the scope of the various embodiments of the present invention includes all changes or modified forms derived based on the technical idea of the various embodiments of the present invention in addition to the embodiments described herein. It should be interpreted as being
본 발명은 태양광 발전 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.The present invention can be used industrially in the field of solar power generation technology and its application technology.
100 : 태양광 발전 시스템
110 : 태양광 스트링
120 : 인버터
130 : 접속반
140 : 매트릭스 스위치
141 : 제1스위치
142 : 제2스위치
143 : 제3스위치
150 : 제어부
160 : 제1전류 센서
170 : 제2전류 센서
200 : 상용 전력 계통100: solar power generation system
110: solar string
120: inverter
130: Connection panel
140: matrix switch
141: first switch
142: second switch
143: 3rd switch
150: control unit
160: first current sensor
170: Second current sensor
200: Commercial power system
Claims (7)
다수의 태양광 스트링들에 의해 출력되어 입력되는 직류 전력들을 변환하여 교류 전력으로 출력하는 단일의 인버터와;
다수의 태양광 스트링들 각각의 출력단을 단일의 인버터 입력단과 전기적으로 공통으로 병렬 연결하는 접속반과;
다수의 태양광 스트링들과 접속반 사이에 설치되되, 태양광 스트링들 각각의 (+) 출력단에 연결되는 제1스위치와, 태양광 스트링들 각각의 (-) 출력단에 연결되는 제2스위치와, 이웃하는 두 태양광 스트링들의 출력단 간에 연결되되, 하나의 태양광 스트링의 (-) 출력단과 다른 하나의 태양광 스트링의 (+) 출력단 간에 연결되는 제3스위치를 포함하는 매트릭스 스위치와;
매트릭스 스위치의 스위치 절환 제어를 통해 인버터 기동 및 지락 차단 기능을 수행하되, 일출 전 또는 일몰 후 또는 날씨가 흐려 인버터 입력 전압이 인버터 기동 전압 이하로 떨어져 인버터가 동작하지 않는 상황이 되면, 이웃하는 두 태양광 스트링들 중 하나의 태양광 스트링의 제2스위치와 다른 하나의 태양광 스트링의 제1스위치를 오프(Off)시키고, 제3스위치를 온(On)시켜 이웃된 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 직렬 연결되도록 매트릭스 스위치의 스위치 절환을 제어함으로써 인버터 입력 전압을 인버터 기동 전압 범위로 상승시켜 인버터가 기동하도록 하는 제어부를;
포함하되,
제어부가:
인버터 출력단 또는 태양광 스트링 출력단에서 지락 전류가 검출된 경우, 매트릭스 스위치의 스위치들을 스위칭 제어하여 인버터 출력을 차단시키거나, 지락이 발생한 스트링 출력단 출력을 차단시킴으로써 매트릭스 스위치의 스위칭 제어를 통해 인버터 기동 기능과 지락 차단 기능을 동시에 수행하는 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템.A plurality of solar strings that convert sunlight into photoelectric power and output direct current power;
a single inverter that converts direct current power output and input from multiple solar strings and outputs it into alternating current power;
a connection panel that electrically connects the output terminals of each of the plurality of photovoltaic strings to the single inverter input terminal in parallel;
A first switch installed between a plurality of solar strings and a connection panel, connected to the (+) output terminal of each solar string, and a second switch connected to the (-) output terminal of each solar string, A matrix switch connected between the output terminals of two neighboring solar strings and including a third switch connected between the (-) output terminal of one solar string and the (+) output terminal of the other solar string;
The inverter start and ground fault blocking functions are performed through the switch control of the matrix switch. However, if the inverter input voltage falls below the inverter start voltage and the inverter does not operate before sunrise or after sunset or due to cloudy weather, the two neighboring solar Among the optical strings, the second switch of one solar string and the first switch of the other solar string are turned off, and the third switch is turned on so that the neighboring solar strings are in series with the inverter input terminal. A control unit that controls the switching of the matrix switch to increase the inverter input voltage to the inverter starting voltage range to start the inverter;
Including,
Control section:
When a ground fault current is detected at the inverter output terminal or solar string output terminal, the inverter output is blocked by controlling the switching of the switches of the matrix switch, or the inverter start function is activated through switching control of the matrix switch by blocking the output of the string output terminal where the ground fault occurred. A solar power generation system that is resistant to ground faults and performs a ground fault cutoff function at the same time.
제어부가:
매트리스 스위치에 의해 이웃된 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 직렬 연결된 상태에서 인버터 입력 전압이 인버터 정격 동작 전압의 2배 이상이 될 경우, 오프(Off) 상태의 하나의 태양광 스트링의 제2스위치와 다른 하나의 태양광 스트링의 제1스위치를 온(On)시키고, 온(On) 상태의 제3스위치를 오프(Off)시켜 이웃된 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 병렬 연결되도록 매트릭스 스위치의 스위치 절환을 제어함으로써 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 병렬 연결되는 상태로 복귀하더라도 인버터가 정상 동작하도록 하는 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템.According to claim 1,
Control section:
When neighboring solar strings are connected in series with the inverter input terminal by a mattress switch and the inverter input voltage is more than twice the inverter's rated operating voltage, the second switch of one solar string in the off state and the other switch Turn on the first switch of one solar string and turn off the third switch in the On state to control switch switching of the matrix switch so that neighboring solar strings are connected in parallel with the inverter input terminal. This is a solar power generation system that is resistant to ground faults, allowing the inverter to operate normally even if the solar strings return to being connected in parallel with the inverter input terminal.
지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템이:
인버터 출력단에 설치되어, 인버터 출력단 전류를 검출하는 제1전류 센서를;
더 포함하고,
제1전류 센서에 의해 인버터 출력단 지락 전류가 검출된 경우, 제어부가 태양광 스트링들 각각의 제1스위치와 제2스위치를 오프(Off)시켜 모든 태양광 스트링의 출력을 차단되도록 매트릭스 스위치의 스위치 절환을 제어함으로써 인버터 출력단 지락을 차단하는 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템.According to claim 3,
A solar power generation system that is resistant to ground faults:
A first current sensor installed at the inverter output terminal to detect the inverter output terminal current;
Contains more,
When a ground fault current at the inverter output terminal is detected by the first current sensor, the control unit turns off the first and second switches of each solar string and switches the matrix switch to block the output of all solar strings. A solar power generation system that is resistant to ground faults by controlling ground faults at the inverter output stage.
지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템이:
다수의 태양광 스트링들 각각의 출력단에 설치되어, 태양광 스트링 출력단 전류를 검출하는 다수의 제2전류 센서들을;
더 포함하고,
제2전류 센서에 의해 특정 태양광 스트링 출력단 지락 전류가 검출되고, 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 병렬 연결된 상태에서는 제어부가 해당 지락 전류가 검출된 태양광 스트링의 제1스위치와 제2스위치만 오프(Off)시켜 인버터 입력단과 병렬 연결되는 태양광 스트링들 중 지락이 발생한 태양광 스트링의 출력만 차단되도록 매트릭스 스위치의 스위치 절환을 제어함으로써 태양광 스트링 출력단 지락을 차단하는 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템.According to claim 4,
A solar power generation system that is resistant to ground faults:
A plurality of second current sensors installed at the output terminal of each of the plurality of solar strings to detect the current of the solar string output terminal;
Contains more,
The ground fault current at the output terminal of a specific solar string is detected by the second current sensor, and when the solar strings are connected in parallel with the inverter input terminal, the control unit turns off only the first and second switches of the solar string for which the ground fault current was detected ( A solar power generation system that is resistant to ground faults, blocking ground faults in the solar string output terminal by controlling the switching of the matrix switch so that only the output of the solar string that has a ground fault is blocked among the solar strings connected in parallel with the inverter input terminal.
제2전류 센서에 의해 태양광 스트링 출력단 지락 전류가 검출되고, 이웃된 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 직렬 연결된 상태에서는 제어부가 온(ON) 상태인 제1스위치와 제2스위치 및 제3스위치 중 적어도 하나를 오프(Off)시켜 이웃된 태양광 스트링들이 인버터 입력단과 직렬 연결된 상태에서의 태양광 스트링들의 출력이 차단되도록 매트릭스 스위치의 스위치 절환을 제어함으로써 태양광 스트링 출력단 지락을 차단하는 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템.According to claim 5,
When the ground fault current at the solar string output terminal is detected by the second current sensor, and the neighboring solar strings are connected in series with the inverter input terminal, at least one of the first switch, the second switch, and the third switch in the ON state of the control unit Solar, which is strong against ground faults, blocks ground faults at the output terminals of solar strings by controlling the switching of the matrix switch to block the output of neighboring solar strings when they are connected in series with the inverter input terminal by turning one off. photovoltaic system.
제1스위치와 제2스위치 및 제3스위치가:
기계적인 접점 스위치인 릴레이(Relay) 스위치와, 논리적인 반도체 스위치인 IGBT(Isolated Gate Bipolar Transistor) 스위치 병렬 구조로 구현되는 지락 차단에 강인한 태양광 발전 시스템.The method according to any one of claims 1 or 3 to 6,
The first switch, second switch, and third switch are:
A solar power generation system that is strong against ground faults implemented in parallel with a relay switch, a mechanical contact switch, and an IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) switch, a logical semiconductor switch.
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