KR102272948B1 - Distributed Module-Level Photovoltaic Solar Power Generation Monitoring and Control System using Decentralised Wireless Mesh Network - Google Patents

Distributed Module-Level Photovoltaic Solar Power Generation Monitoring and Control System using Decentralised Wireless Mesh Network Download PDF

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KR102272948B1 KR1020200154603A KR20200154603A KR102272948B1 KR 102272948 B1 KR102272948 B1 KR 102272948B1 KR 1020200154603 A KR1020200154603 A KR 1020200154603A KR 20200154603 A KR20200154603 A KR 20200154603A KR 102272948 B1 KR102272948 B1 KR 102272948B1
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Abstract

The present invention relates to a distributed module level solar power generation monitoring and control system based on a decentralized wireless mesh network, capable of rapid maintenance, which comprises: a voltage and current detection unit; an arc fault detection unit for detecting a DC arc fault; an on/off switch for opening and closing a power generation output; a control processing unit; a bypass circuit unit including a bypass circuit; and a wireless communication unit having a Bluetooth wireless mesh network.

Description

비중앙적 무선 메쉬 네트워크 기반 분산형 모듈 레벨 태양광 발전 감시제어 시스템{Distributed Module-Level Photovoltaic Solar Power Generation Monitoring and Control System using Decentralised Wireless Mesh Network}Distributed Module-Level Photovoltaic Solar Power Generation Monitoring and Control System using Decentralized Wireless Mesh Network

본 발명은 비중앙적 무선 메쉬 네트워크 기반 분산형 모듈 레벨 태양광 발전 감시제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개별 태양광 모듈 패널에서 발전되는 전압 및 전류를 측정하는 전압검출부 및 전류검출부와, 개별 태양광 모듈 패널 자체 또는 태양광 모듈 패널 사이에 발생하는 DC 아크폴트를 검출하는 아크폴트검출부와, 상기 전압검출부 및 전류검출부에서 측정된 전압 및 전류값이 미리 설정된 기준값 미만 또는 초과하거나 상기 아크폴트검출부로부터 DC 아크폴트가 검출되는 이상조건발생 또는 해제에 따라 해당 개별 태양광 모듈 패널의 발전출력을 개폐하는 온/오프 스위치와, 상기 이상조건발생 또는 해제에 따라 상기 온/오프 스위치를 제어하는 제어처리부와, 상기 온/오프 스위치가 오프되어 개별 태양광 모듈 패널의 발전출력이 차단된 경우 해당 개별 태양광 모듈 패널을 바이패스하도록 바이패스 회로로 구성되는 바이패스회로부와, 인접 개별 태양광 모듈 패널간 메시지를 릴레이하는 단거리 네트워크 또는 대규모 장거리 네트워크를 구성하거나 게이트웨이 장치와 통신하기 위하여 블루투스 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 무선통신부를 포함하여 구성되는 모듈레벨 감시제어장치가 개별 태양광 모듈 패널 각각에 구비되어 중앙제어형이 아닌 분산형 무선 메쉬 네트워크를 기반으로 개별 태양광 모듈 패널이 자율적으로 이상을 감지하고, 온/오프 스위칭 및 바이패스하도록 구성되어 태양광 발전이 정상적인 효율과 동작이 지속적으로 이루어지도록 하기 위한 비중앙적 무선 메쉬 네트워크 기반 분산형 모듈 레벨 태양광 발전 감시제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a distributed module-level solar power generation monitoring and control system based on a centralized wireless mesh network, and more particularly, to a voltage and current detection unit for measuring the voltage and current generated by individual solar module panels, and An arc fault detector for detecting a DC arc fault occurring between the photovoltaic module panel itself or the photovoltaic module panel, and the voltage and current values measured by the voltage detecting section and the current detecting section are less than or exceeding a preset reference value, or the arc fault detecting section An on/off switch that opens and closes the power generation output of a corresponding individual photovoltaic module panel according to occurrence or release of an abnormal condition in which a DC arc fault is detected, and a control processing unit for controlling the on/off switch according to occurrence or release of the abnormal condition And, when the on/off switch is turned off and the power generation output of the individual solar module panel is cut off, a bypass circuit part configured as a bypass circuit to bypass the individual solar module panel, and adjacent individual solar module panels A module-level monitoring and control device comprising a wireless communication unit constituting a Bluetooth wireless mesh network to configure a short-range network or a large-scale long-distance network for relaying messages or to communicate with a gateway device is provided in each individual solar module panel to provide a central control type Based on this distributed wireless mesh network, individual photovoltaic module panels are configured to autonomously detect abnormalities, switch on/off, and bypass, so that photovoltaic power generation continues with normal efficiency and operation. It relates to a distributed module-level solar power generation monitoring and control system based on a wireless mesh network.

일반적으로, 태양광 발전 시스템은 햇빛을 직류 전기로 바꾸어 전류를 생산하는 발전시스템으로서, 여러 개의 태양 전지들이 붙어있는 태양광 모듈 패널을 대규모로 펼쳐 태양광 에너지를 이용하여 전기를 생산하게 된다.2. Description of the Related Art In general, a photovoltaic power generation system is a power generation system that converts sunlight into direct current electricity to produce current, and uses solar energy to produce electricity by expanding a photovoltaic module panel to which several solar cells are attached on a large scale.

이러한 태양광 발전 시스템은 통상적으로, [도 1]에 도시된 바와 같이, 다수의 태양광 모듈 패널(Panel)(1)이 직렬과 병렬로 연결되어 이루어진 태양광 어레이(Array)(2), 접속반(Junction box)(3), 인버터(Inverter)(4)를 포함하여 구성되는데, 이때, [도 2]에 도시한 바와 같이, 상기 태양광 모듈 패널(Panel)(1)은 여러개의 태양전지셀(Cell)로 구성되고, 상기 태양광 모듈 패널(Panel)이 복수로 직렬로 연결되어 태양광 스트링(String)을 구성하며, 상기 태양광 스트링(String)이 복수로 병렬로 연결되어 상기 태양광 어레이(Array)(2)를 구성하게 된다.Such a photovoltaic system is typically, as shown in [Fig. 1], a plurality of photovoltaic module panels (Panel) (1) are connected in series and in parallel to form a photovoltaic array (Array) (2), connection It is configured to include a Junction box (3), an inverter (4), at this time, as shown in [Fig. 2], the solar module panel (Panel) (1) is a plurality of solar cells Consisting of cells, the solar module panels are connected in series in plurality to constitute a solar string, and the solar strings are connected in parallel in plurality An array (2) is constituted.

여기서, 상기 태양광 모듈 패널(Panel)(1)은 태양광으로부터 DC 전력을 발생시켜 접속반(Junction box)(3)을 거쳐 인버터(Inverter)(4)로 송출하며, 상기 인버터(4)는 각 태양광 모듈 패널(1)을 통해 생성된 DC 전력을 계통부하(Grid)에 공급하도록 AC 전력으로 변환해주는 역할을 한다.Here, the solar module panel (Panel) (1) generates DC power from sunlight and transmits it to an inverter (4) through a junction box (3), and the inverter (4) It serves to convert the DC power generated through each solar module panel 1 into AC power to supply the grid load.

이러한 태양광 발전 시스템의 태양광 모듈 패널(1)에서 발전되는 전력은 DC 직류 전력이 생성되는데 인버터(3)에서 상용교류전력을 생성시키기 위해서는 통상 소정범위(예를 들어, DC 400~700V) 수준의 DC입력전압이 인버터(3)로 입력되어야 한다.The power generated from the photovoltaic module panel 1 of the photovoltaic power generation system generates DC DC power. In order to generate commercial AC power in the inverter 3, it is usually at a level in a predetermined range (eg, DC 400 ~ 700V). DC input voltage of must be input to inverter (3).

그러나, 일출시점이나 일몰시점에는 상대적으로 태양광의 조사량이 낮아 직렬로 접속된 태양광 모듈 패널(1)들의 출력전압이 낮아지게 되므로 이 시기에는 인버터(3)에 입력되는 DC입력전압이 낮아 상용교류전력의 정상적인 발전이 이루어지지 않으므로 발전효율이 떨어지는 문제가 있다.However, at sunrise or sunset, the output voltage of the solar module panels 1 connected in series is lowered because the amount of sunlight is relatively low, so at this time, the DC input voltage input to the inverter 3 is low and commercial AC Since normal power generation is not performed, there is a problem in that power generation efficiency is lowered.

뿐만 아니라, 태양광 모듈 패널(1)이 직렬로 연결된 각 스트링을 병렬접속한 상태에서 어느 하나의 스트링 또는 복수의 스트링을 구성하는 각각의 태양광 모듈 패널(1) 표면이 오염되거나, 음영이 발생되거나 또는 태양광 모듈 패널(1)의 쇼트, 아크 폴트 등의 전기적 결함이 발생될 경우, 해당 스트링의 전압이 강하되어 발전효율이 떨어지거나 화재가 발생하는 등 실질적인 전력생산이 불가능하게 되는 문제점이 있다.In addition, in a state in which each string connected in series is connected in parallel, the surface of each solar module panel 1 constituting any one string or a plurality of strings is contaminated or shading occurs Or, when an electrical fault such as a short circuit or an arc fault occurs in the solar module panel 1, the voltage of the corresponding string drops and power generation efficiency decreases or a fire occurs, etc. There is a problem in that actual power production is impossible. .

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 한국등록특허 10-1465764(등록일자 2014년11월20일)에는 외부 환경 적응형 태양광 모듈 감시 기능을 가지는 태양광 발전 시스템에 있어서, 태양광 어레이에 포함된 적어도 하나의 태양광 모듈 각각에 대하여 진단을 수행하는 진단부-상기 진단부는 상기 태양광 어레이에 포함된 진단 대상 태양광 모듈의 전압값이 제 1 기준값 이하인지 여부를 판단하고, 상기 진단대상 태양광 모듈의 전압값이 상기 제 1 기준값 이하인 것으로 판단되면, 상기 진단 대상 태양광 모듈의 전압값이 상기 태양광 어레이 전체 평균값 이하인지 여부를 판단하고, 상기 진단 대상 태양광 모듈의 전압값이 상기 태양광 어레이 전체 평균값 이하인 것으로 판단되면 상기 진단 대상 태양광 모듈에 이상이 있는 것으로 판단하고, 상기 진단 대상 태양광 모듈의 전압값이 상기 태양광 어레이 전체 평균값을 초과하는 것으로 판단되면, 상기 진단 대상 태양광 모듈이 정상인 것으로 판단하고, 상기 제 1 기준값은 다음의 수학식, 제 1 기준값 = 기초 기준 전압값 * (1+온도의 증감에 따른 전압 증가율) * (1+조도의 증감에 따른 전압 증가율),에 따라 산출되고, 상기 기초 기준 전압값은 기준 상태에서의 태양광 모듈의 출력 전압이고, 상기 조도의 증감에 따른 전압 증가율의 산출시, 상기 태양광 어레이의 4 개의 모서리 각각에 부착된 조도 센서에 의해 감지된 조도값 중 최대 조도값을 사용하여 산출되고, 상기 온도의 증감을 판단하기 위한 태양광 모듈의 온도 및 상기 조도의 증감을 판단하기 위한 태양광 모듈의 조도는 상기 진단 대상 태양광 모듈의 전압값과 함께 샘플링되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템이 개발된 바 있다.In order to solve the above problems, Korean Patent No. 10-1465764 (registration date November 20, 2014) discloses that in a solar power generation system having an external environment adaptive solar module monitoring function, Diagnosis unit for performing diagnosis on each of at least one solar module - The diagnosis unit determines whether a voltage value of a solar module to be diagnosed included in the solar array is less than or equal to a first reference value, When it is determined that the voltage value of the module is equal to or less than the first reference value, it is determined whether the voltage value of the solar module to be diagnosed is less than or equal to the overall average value of the solar array, and the voltage value of the solar module to be diagnosed is the sunlight If it is determined that it is less than or equal to the average value of the entire array, it is determined that there is an abnormality in the solar module to be diagnosed, and when it is determined that the voltage value of the solar module to be diagnosed exceeds the average value of the entire solar array, the solar module to be diagnosed It is determined that this is normal, and the first reference value is the following equation, first reference value = basic reference voltage value * (1 + voltage increase rate according to increase or decrease of temperature) * (1 + voltage increase rate according to increase or decrease of illuminance), in The basic reference voltage value is the output voltage of the solar module in the reference state, and when the voltage increase rate according to the increase or decrease of the illuminance is calculated, by the illuminance sensor attached to each of the four corners of the solar array It is calculated using the maximum illuminance value among the detected illuminance values, and the temperature of the photovoltaic module for determining the increase or decrease of the temperature and the illuminance of the photovoltaic module for determining the increase or decrease of the illuminance are the voltage of the solar module to be diagnosed A photovoltaic system characterized in that it is sampled with a value has been developed.

또한, 한국공개특허 10-2020-0113877(공개일자 2020년10월07일)에는 태양전지 어레이부(110), 접속반(140) 및 인버터(150)를 포함하는 태양광 발전 시스템(100)에 있어서, 상기 태양전지 어레이부(110)는 다수의 셀(112)이 직렬 연결되어 이루어지는 태양전지모듈(114) 복수개가 서로 직렬 연결되어 이루어지는 태양전지모듈 스트링(120, string)을 복수개 포함하고, 상기 복수개의 태양전지모듈 스트링(120) 각각은 서로 병렬 연결되며, 상기 태양광 발전 시스템(100)은, 상기 태양전지모듈 스트링(120) 각각의 출력단과 상기 접속반(140) 사이에 구비되어 상기 각각의 태양전지모듈 스트링(120)에서 출력되는 전압을 검출하는 제1 전압검출부(160); 상기 태양전지모듈 스트링(120) 중 적어도 어느 하나의 스트링(130)(이하, 보조 스트링(130)이라 한다)을 이루는 각각의 태양전지모듈(131)(이하, 보조 태양전지모듈(131)이라 한다)의 출력단에 구비되어 상기 보조 태양전지모듈(131) 각각에서 출력되는 전압을 검출하는 제2 전압검출부(132); 상기 보조 스트링(130)에서 출력되는 전압을 검출하는 제1 전압검출부(133)(이하, 보조 제1 전압검출부(133)라한다)와 접속반(140) 사이에 구비되어 상기 보조 스트링(130)과 상기 접속반(140)의 연결을 온/오프시키는 제1스위치부(134); 상기 보조 태양전지모듈(131)들 사이의 직렬연결을 온/오프시키는 제2 스위치부(135); 상기 보조 태양전지모듈(131) 각각을 상기 보조 스트링(130)을 제외한 나머지 스트링(125)(이하, 메인 스트링(125)이라 한다) 각각으로 선택적으로 직렬연결시키기 위해 상기 보조 태양전지모듈(131) 각각과 상기 메인 스트링(125) 각각의 직렬연결을 온/오프시키는 제3 스위치부(136); 및 상기 제1 전압검출부(160)와 상기 제2 전압검출부(132)에서 검출된 전압에 따라 상기 제1 스위치부(134), 상기 제2 스위치부(135) 및 상기 제3 스위치부(136)를 제어하는 제어부(170);를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템이 공지되어 있다In addition, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2020-0113877 (published on October 07, 2020) discloses a solar power generation system 100 including a solar cell array unit 110 , a connection board 140 and an inverter 150 . In the above, the solar cell array unit 110 includes a plurality of solar cell module strings 120, wherein a plurality of solar cell modules 114 in which a plurality of cells 112 are connected in series are connected in series with each other, Each of the plurality of solar cell module strings 120 is connected in parallel to each other, and the photovoltaic power generation system 100 is provided between the output terminal of each of the solar cell module strings 120 and the connection panel 140 to each A first voltage detection unit 160 for detecting a voltage output from the solar cell module string 120 of the; Each solar cell module 131 (hereinafter referred to as an auxiliary solar cell module 131) constituting at least one string 130 (hereinafter referred to as an auxiliary string 130) among the solar cell module strings 120 is referred to as an auxiliary solar cell module 131. ) provided at the output terminal of the second voltage detection unit 132 for detecting the voltage output from each of the auxiliary solar cell module 131; The auxiliary string 130 is provided between a first voltage detection unit 133 (hereinafter referred to as an auxiliary first voltage detection unit 133) for detecting a voltage output from the auxiliary string 130 and a connection panel 140 . and a first switch unit 134 for turning on/off the connection of the connection panel 140; a second switch unit 135 for turning on/off the series connection between the auxiliary solar cell modules 131; The auxiliary solar cell module 131 to selectively connect each of the auxiliary solar cell modules 131 in series to each of the remaining strings 125 (hereinafter, referred to as the main string 125) excluding the auxiliary string 130 . a third switch unit 136 for turning on/off the series connection of each and the main string 125; and the first switch unit 134 , the second switch unit 135 , and the third switch unit 136 according to the voltages detected by the first voltage detection unit 160 and the second voltage detection unit 132 . A photovoltaic system is known, comprising a control unit 170 for controlling the

그러나, 상기 한국등록특허 10-1465764 및 한국공개특허 10-2020-0113877 특허들은 태양전지 어레이부의 총발전 전압 및 전류를 모니터링하거나, 태양전지 스트링 각각의 발전 전압 및 전류를 모니터링하는 방식이기 때문에, 다수의 태양광 전지 모듈 중 어느 하나에서 이상이 발생한 경우에 어느 모듈에서 이상상태가 발생했는지를 파악하는 것이 용이하지 않으므로 태양전지 어레이부의 유지 보수에 많은 시간 및 비용이 소요되는 문제점이 있었다. However, since the Korean Patent No. 10-1465764 and Korean Patent Publication No. 10-2020-0113877 patents monitor the total generated voltage and current of the solar cell array unit or monitor the generated voltage and current of each solar cell string, many When an abnormality occurs in any one of the solar cell modules of , it is not easy to determine which module has an abnormal state, so there is a problem that maintenance of the solar cell array unit takes a lot of time and money.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 한국등록특허 10-1266346(등록일자 2013년05월15일)에는 태양광으로부터 에너지를 수집하여 전기를 생산하는 다수의 태양전지모듈과, 상기 태양전지모듈에 전압과 전류를 측정하는 전력센서부와, 상기 전력센서부의 데이터를 전송하는 통신부를 구비하고, 상기 통신부의 데이터를 수집하는 데이터수집기를 통하여 발전상태를 모니터링하는 태양광발전시스템에 있어서, 태양전지모듈이 안정적인 발전과정에 도달했다고 간주하는 동작기준전력이상인 상태에서, 개별 태양전지모듈의 전압을 기록하고, 상기 전압의 평균에 대한 오차율을 계산하여 기준오차율을 초과하면 전압 이상이라고 판단하는 단계를 포함하며, 개별 태양전지모듈의 전류을 기록하고, 상기 전류의 평균에 대한 오차율을 계산하여 기준오차율을 초과하면 전류 이상이라고 판단하는 단계를 포함하며, 상기 전압 이상 또는 전류 이상이 특정 기간 동안 연속으로 발생하면 고장으로 판단하는 단계를 포함하는 태양전지모듈 고장 판단 방법이 공지되어 있다.In order to solve the above problems, Korean Patent Registration No. 10-1266346 (registration date May 15, 2013) discloses a plurality of solar cell modules for generating electricity by collecting energy from sunlight, and a voltage applied to the solar cell module. In the photovoltaic power generation system comprising a power sensor unit for measuring overcurrent, a communication unit for transmitting data from the power sensor unit, and monitoring a power generation state through a data collector for collecting data from the communication unit, the solar cell module includes: Recording the voltage of individual solar cell modules in the state of exceeding the operating reference power considered to have reached a stable power generation process, calculating an error rate for the average of the voltages, and determining that the voltage is abnormal if the reference error rate is exceeded, Recording the current of individual solar cell modules, calculating the error rate for the average of the currents, and determining that the current is abnormal when the reference error rate is exceeded. A solar cell module failure determination method including the step of determining is known.

또한, 한국등록특허 10-1409774(등록일자 2014년06월13일)에는 태양광 발전 시설에 적용되는 복수의 솔라셀 패널 각각의 상태를 개별적으로 감시하는 솔라셀 패널 감시 장치에 있어서, 상기 솔라셀 패널에서 출력되는 전류 및 전압을 각각 검출하는 전압 검출부 및 전류 검출부; 상기 전압 검출부 및 상기 전류 검출부에서 검출된 전류 및 전압의 크기를 연산하는 제어부; 및 상기 제어부에서 연산된 전류 및 전압의 크기를 포함하는 데이터를 무선 송신하는 RF 무선 통신부를 포함하며, 상기 솔라셀 패널 감시 장치는 식별을 위한 순번을 가지며, 상기 RF 무선 통신부는, 브릿지 프로토콜을 이용하여 다른 솔라셀 패널 감시 장치의 RF 무선 통신부에서 송신된 데이터를 수신하고 상기 다른 솔라셀 패널 감시 장치의 RF 무선 통신부로부터 수신한 데이터를 다시 송신하되, 상기 전류 및 전압의 크기를 포함하는 데이터에 자신이 포함된 솔라셀 패널 감시 장치의 순번을 결합하여 송신하며, 자신이 포함된 솔라셀 패널 감시 장치의 순번보다 하나 더 높은 순번 또는 하나 더 낮은 순번이 결합된 데이터를 수신한 후 자신이 포함된 솔라셀 패널 감시 장치의 순번을 결합하여 다시 송신하며, 가장 낮은 순번 또는 가장 높은 순번을 갖는 솔라셀 패널 감시 장치에 포함된 RF 무선 통신부는, 상기 복수의 솔라셀 패널 감시 장치로부터 데이터를 취합하기 위한 접속반으로 다른 솔라셀 패널 감시 장치로부터 수신한 데이터를 송신하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시설 모니터링 시스템에 적용되는 개별 솔라셀 패널 감시 장치가 공지되어 있다.In addition, Korean Patent No. 10-1409774 (registration date June 13, 2014) in a solar cell panel monitoring device for individually monitoring the state of each of a plurality of solar cell panels applied to a photovoltaic power generation facility, the solar cell a voltage detection unit and a current detection unit respectively detecting a current and a voltage output from the panel; a controller configured to calculate the current and voltage values detected by the voltage detector and the current detector; and an RF wireless communication unit for wirelessly transmitting data including the magnitudes of current and voltage calculated by the control unit, wherein the solar cell panel monitoring device has a sequence number for identification, and the RF wireless communication unit uses a bridge protocol to receive the data transmitted from the RF wireless communication unit of the other solar cell panel monitoring device and re-transmit the data received from the RF wireless communication unit of the other solar cell panel monitoring device, but to the data including the magnitude of the current and voltage Combines and transmits the sequence number of the included solar cell panel monitoring device, and after receiving the combined data with a sequence number one higher or one lower than the sequence number of the included solar cell panel monitoring device, the included solar cell The RF wireless communication unit included in the solar cell panel monitoring device having the lowest sequence number or the highest sequence number is combined and transmitted again by combining the sequence numbers of the cell panel monitoring devices. Connection for collecting data from the plurality of solar cell panel monitoring devices In half, an individual solar cell panel monitoring device applied to a solar power facility monitoring system, characterized in that it transmits data received from another solar cell panel monitoring device, is known.

그러나, 상기 한국등록특허 10-1266346의 발전상태를 모니터링하는 태양광발전시스템의 태양전지모듈 고장 판단 및 한국등록특허 10-1409774의 개별 솔라셀 패널 감시 장치는 각각의 태양전지모듈의 고장 또는 전압의 이상을 판단하여 데이터를 전송하므로 상기 고장 또는 이상이 발생한 태양전지모듈을 보수하거나 교체하기 위해서는 상기 고장 또는 이상이 발생한 태양전지모듈이 속하는 직렬연결 스트링 전체의 발전이 불가능해지는 치명적인 문제점이 있었다.However, the solar cell module failure determination of the photovoltaic power generation system for monitoring the power generation state of the Korea Patent No. 10-1266346 and the individual solar cell panel monitoring device of the Korea Patent No. 10-1409774 are the failures or voltages of each solar cell module. Since the data is transmitted by judging an abnormality, in order to repair or replace the solar cell module in which the failure or abnormality has occurred, there is a fatal problem in that the entire series-connected string to which the failure or abnormality occurs is impossible to generate power.

상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여, 한국등록특허 10-1526271(등록일자 2015년06월01일)에는 적어도 하나 이상의 태양광 발전용 모듈이 직렬 연결되어 구성된 어레이; 상기 어레이로부터 이상 감지신호를 취득하는 데이터 취득부; 상기 어레이로부터 취득한 이상 감지신호를 처리하여 사용자에게 고장이 발생한 어레이를 표시하는 고장어레이 표시부; 및 상기 태양광 발전용 모듈의 이상이나 고장을 감지하여 표시하고, 아울러 상기 태양광 발전용 모듈에 이상이나 고장이 발생할 경우, 상기 직렬 연결된 이전 단의 태양광 발전용 모듈에서 흘러온 전기를 바이패스시켜 다음 단의 태양광 발전용 모듈로 연속해서 흐르게 하는 모듈 감시 및 바이패스부;를 포함하되, 상기 모듈 감시 및 바이패스부는, 상기 태양광 발전용 모듈에 이상이나 고장이 발생될 경우, 이전 단의 태양광 발전용 모듈에서 흘러온 전기를 상기 고장난 태양광 발전용 모듈을 우회시켜 흐르게 하는 바이패스 다이오드; 상기 바이패스 다이오드를 통해 흐르는 전기에 의해 솔레노이드를 여자시키고, 그 솔레노이드를 통해 다음 단의 태양광 발전용 모듈로 전기가 흐르게 하는 릴레이; 및 상기 바이패스 다이오드와 릴레이에 병렬 연결되며, 상기 고장난 태양광 발전용 모듈을 우회하여 흐르는 전기에 의해 점등되는 발광 소자;를 포함하고, 상기 바이패스 다이오드와 상기 릴레이의 솔레노이드는 직렬 연결되며, 상기 릴레이는, B 접점을 통해 이상 감지신호가 흐르게 구현되며, 상기 B 접점은 평상시 온 상태이고, 솔레노이드 여자시 오프 상태로 전환되는 접점이며, 상기 릴레이는, 상기 바이패스 다이오드를 통해 전기가 흐를 경우, 상기 바이패스 다이오드에 직렬 연결된 상기 릴레이의 솔레노이드를 여자시켜 이상 감지신호선이 연결되어 있는 B 접점을 오프(Off)시켜 상기 이상 감지신호가 흐르지 않도록 차단시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 모듈의 건전성 진단장치가 공지되어 있다.In order to solve the above conventional problems, Korean Patent Registration No. 10-1526271 (registration date, June 01, 2015) discloses an array in which at least one solar power module is connected in series; a data acquisition unit for acquiring an abnormality detection signal from the array; a failure array display unit for processing the abnormal detection signal acquired from the array to display the array in which a failure has occurred to the user; And when an abnormality or failure of the solar power module is detected and displayed, and when an abnormality or failure occurs in the photovoltaic module, the electricity flowing from the solar power module of the previous stage connected in series is bypassed. Including, but the module monitoring and bypass unit, the module monitoring and bypass unit, when an abnormality or failure occurs in the photovoltaic module of the previous stage, a bypass diode for bypassing the faulty solar power module and allowing electricity flowing from the photovoltaic module to flow; a relay that excites a solenoid by electricity flowing through the bypass diode and allows electricity to flow through the solenoid to a next stage solar power module; and a light emitting device connected in parallel to the bypass diode and the relay and lit by electricity flowing by bypassing the failed solar power module, wherein the bypass diode and the solenoid of the relay are connected in series, and the The relay is implemented so that an abnormality detection signal flows through the B contact, the B contact is normally in an on state, and is a contact that is switched to an off state when the solenoid is excited, and the relay, when electricity flows through the bypass diode, Health diagnosis of a solar power module, characterized in that by exciting the solenoid of the relay connected in series to the bypass diode to turn off the B contact to which the abnormality detection signal line is connected to block the abnormality detection signal from flowing The device is known.

또한, 한국등록특허 10-1743908(등록일자 2017년05월31일)에는 태양광 발전장치의 PV 고장 및 불량모듈 바이패스 시스템에 있어서, 직렬로 연결되는 다수의 PV 모듈로 구성되는 태양광 발전장치; 상기 PV 모듈 각각에 설치되어 상기 PV 모듈을 바이패스시키는 바이패스 회로로 구성되는 바이패스모듈; 상기 PV 모듈 각각에 설치되어, 해당 PV 모듈의 전력을 측정하는 전력센서, 해당 PV 모듈에 발열되는 온도를 측정하는 온도센서, 및, 상기 PV 모듈에서 발생되는 과도접지전압(TEV)을 검출하는 TEV센서로 구성되는 센서모듈; 및, 상기 센서모듈로부터 검출값을 수신하여, 상기 전력의 검출값으로 해당 PV 모듈의 전력을 산출하고, 검출된 전력, 온도, 및, 과도접지전압의 확률분포를 구하고, 전력, 온도, 및 과도접지전압의 검출값이 상기 확률분포에서 소정의 범위 내에 속하면 해당 바이패스모듈을 바이패스시켜 제외시키도록 상기 바이패스모듈로 명령을 전송하되, 상기 검출된 전력값이 전력의 확률분포에서 소정의 범위 이하이면 바이패스시키고, 상기 온도 및 과도접지 전압의 검출값이 소정의 범위 이상이면 바이패스시키는, 제어장치를 포함하고, 상기 제어장치는 전체 PV 모듈의 전력, 온도, TEV 전압의 평균값과 표준편차를 구하고, 상기 평균값과 표준편차를 이용하여 정규분포를 따른 확률밀도함수를 구하고, 상기 확률밀도함수에 의해 표현되는 정규분포곡선에서 소정의 값 이하를 가지는 고장 및 불량범위를 구하고, 상기 고장 및 불량범위에 들어가는 전력, 온도, TEV 전압으로 검출되는 PV 모듈을 고장 및 불량 모듈로 판단하고, 상기 제어장치는 PV 모듈의 전력 Pi가 상기 고장 및 불량 범위에 들어가고 해당 PV 모듈의 전력 Pi가 평균값의 절반 mp/2보다 작을 경우, 해당 PV 모듈을 고장 및 불량으로 판단하고, PV 모듈의 온도 Ti 나 TEV 전압 Ui가 상기 고장 및 불량 범위에 들어가고 해당 PV 모듈의 온도 Ti 나 TEV 전압 Ui가 평균값의 절반 mt/2 또는 평균값의 절반 mu/2 보다 작을 경우, 해당 PV 모듈을 고장 및 불량으로 판단하고, 상기 제어장치는 PV 모듈의 전력 Pi와 온도 Ti, TEV 전압 Ui가 각각 다음 수식 1을 만족할 때 상기 불량 범위에 들어가는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 PV 고장 및 불량모듈 바이패스 시스템이 공지되어 있다.In addition, in Korea Patent Registration 10-1743908 (registration date May 31, 2017), in the PV failure and defective module bypass system of the photovoltaic device, a photovoltaic device composed of a plurality of PV modules connected in series ; a bypass module installed in each of the PV modules and configured with a bypass circuit bypassing the PV module; A power sensor that is installed in each of the PV modules, a power sensor that measures the power of the PV module, a temperature sensor that measures the temperature generated by the PV module, and a TEV that detects a transient grounding voltage (TEV) generated in the PV module a sensor module composed of a sensor; And, receiving the detection value from the sensor module, calculating the power of the PV module with the detection value of the power, obtaining the probability distribution of the detected power, temperature, and transient ground voltage, power, temperature, and transient If the detected value of the ground voltage falls within a predetermined range in the probability distribution, a command is transmitted to the bypass module to bypass and exclude the bypass module, and the detected power value is determined in the probability distribution of the electric power. and a control device that bypasses when the range is below the range, and bypasses when the detected values of the temperature and the transient ground voltage are above a predetermined range, wherein the control device includes an average value and standard of power, temperature, and TEV voltage of all PV modules The deviation is obtained, the probability density function according to a normal distribution is obtained using the average value and the standard deviation, and the failure and defect ranges having a predetermined value or less in the normal distribution curve expressed by the probability density function are obtained, and the failure and The PV module detected by the power, temperature, and TEV voltage entering the defective range is determined as a defective or defective module, and the control device determines that the power Pi of the PV module enters the failure and failure range, and the power Pi of the PV module is the average value of If it is less than half mp/2, the PV module is judged as faulty or defective, the temperature Ti or TEV voltage Ui of the PV module falls within the above fault and fault range, and the temperature Ti or TEV voltage Ui of the PV module is half of the average value If it is less than mt/2 or half mu/2 of the average value, the PV module is determined to be faulty or defective, and the control device determines that the PV module power Pi, temperature Ti, and TEV voltage Ui satisfy the following Equation 1, respectively. A PV failure and defective module bypass system of a photovoltaic device, characterized in that it is determined to be within a defective range, is known.

[수식 1][Formula 1]

Figure 112020123777890-pat00001
Figure 112020123777890-pat00001

단, mp 와 mt, mu 는 각각 전체 PV모듈의 전력, 온도, TEV 전압의 평균값이고, σp 와 σt, σu 는 각각 전체 PV 모듈의 전력, 온도, TEV 전압의 표준편차이고, k는 0보다 큰 상수임.However, mp, mt, and mu are the average values of the power, temperature, and TEV voltage of all PV modules, respectively, σp, σt, and σu are the standard deviations of the power, temperature, and TEV voltage of all PV modules, respectively, and k is greater than 0 constant.

또한, 한국등록특허 10-1958941(등록일자 2019년03월11일)에는 태양광 발전을 하는 복수 개의 태양광 모듈이 직렬로 연결되어 적어도 2 이상의 행과 열로 배열되는 태양광 모듈들; 상기 태양광 모듈들로부터 생산되는 전압, 전류, 전력 데이터를 각각 측정하고 측정된 데이터가 제어 설정된 전류, 전압, 전력 제어 데이터에 미달되면 연결된 태양광모듈을 차단 스위칭하는 노드 제어부들; 태양광 모듈들로부터 측정되는 전압, 전류, 전력 측정 데이터를 상기 노드 제어부들로부터 전송받아 상기 측정데이터를 파싱 처리하여 측정 데이터를 저장하는 게이트웨이부; 상기 게이트웨이로부터 파싱된 데이터를 전송받아 분류, 대조, 분석 을 처리하여 데이터베이스에 저장하고, 노드 제어부들을 제어하기 위한 제어 데이터를 설정하는 제어 명령을 상기 게이트웨이부로 전송하는 실시간 제어모듈; 및 상기 실시간 제어 모듈과 인터넷 또는 통신망으로 연결되어 태양광 모듈을 포함하는 태양광 발전 구성 장치 및 데이터를 모니터링하며 상기 실시간 제어모듈로부터 전송된 데이터를 머신러닝 기반에 의하여 학습하고 태양광 발전 제어에 필요한 기능 데이터를 추출하여 모델링을 수행하며 모델링 결과에 따른 제어 서비스 데이터를 실시간 제어 모듈로 제공하는 머신 러닝 서버를 포함하고, 상기 머신 러닝 서버는, 머신 러닝 서버에서 실시간으로 데이터 송수신을 위한 인터페이스부; 태양광 모듈, 노드 제어부, 게이트웨이부, 실시간 제어 모듈을 포함하는 태양광 발전 구성 장치로부터 전송되는 태양광 발전 데이터를 분석, 분류, 대조, 변환을 특성에 따라 통합 처리하여 감시하는 모니터링부; 모니터링부에서 전송되는 상기 통합 처리된 테이터의 프로파일 정보에 따라 기계 학습 처리 필요 여부를 판단하는 판단부; 상기 판단부에 따라 신규 학습이 필요한 데이터에 대하여 신규학습을 수행하는 학습 모듈; 상기 학습된 결과를 이용하여 데이터를 추출하고 모델링을 수행하는 모델링부; 상기 학습 결과와 모델링 수행 결과를 저장하는 학습 데이터베이스; 상기 학습 데이터베이스에서 태양광 발전 제어를 위해서 모델링 데이터를 가져오고 상기 판단부에서 학습 판단되지 않은 데이터와 함께 태양광 발전 제어를 위한 서비스부로 전송하는 제어부; 상기 제어부로부터 전달되는 기준 모델들 중에서 선택하여 태양광 제어 서비스 데이터를 정의하고 인터페이스를 통하여 실시간 제어 모듈로 전송하는 서비스부; 및 상기 서비스부에 전달된 모델링 데이터 리스트를 삭제하거나 추가하고 업데이트하여 관리하기 위한 서비스 관리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템이 공지되어 있다.In addition, Korean Patent Registration No. 10-1958941 (registration date March 11, 2019) discloses that a plurality of photovoltaic modules that generate photovoltaic power are connected in series to photovoltaic modules arranged in at least two or more rows and columns; node control units for measuring voltage, current, and power data produced from the solar modules, respectively, and switching off and switching off the connected solar module when the measured data falls short of control-set current, voltage, and power control data; a gateway unit receiving voltage, current, and power measurement data measured from photovoltaic modules from the node controllers, parsing the measurement data, and storing the measurement data; a real-time control module that receives the parsed data from the gateway, processes classification, collation, and analysis, stores it in a database, and transmits a control command for setting control data for controlling node controllers to the gateway unit; And the real-time control module is connected to the Internet or communication network to monitor the photovoltaic power generation device and data including the photovoltaic module, learn the data transmitted from the real-time control module based on machine learning, and to control the photovoltaic power generation A machine learning server that extracts functional data to perform modeling and provides control service data according to the modeling result to a real-time control module, wherein the machine learning server includes: an interface unit for transmitting and receiving data in real time from the machine learning server; a monitoring unit for monitoring by analyzing, classifying, collating, and converting photovoltaic data transmitted from a photovoltaic power generation device including a photovoltaic module, a node control unit, a gateway unit, and a real-time control module according to characteristics; a determination unit for determining whether machine learning processing is necessary according to the profile information of the integrated processed data transmitted from the monitoring unit; a learning module for performing new learning on data requiring new learning according to the determination unit; a modeling unit extracting data using the learned result and performing modeling; a learning database for storing the learning result and the modeling performance result; a control unit that fetches modeling data for solar power generation control from the learning database and transmits it to a service unit for solar power generation control together with data not determined by learning by the determining unit; a service unit for defining solar control service data by selecting from among the reference models transmitted from the control unit and transmitting it to a real-time control module through an interface; And a machine learning-based photovoltaic power generation control system is known, comprising a service management module for managing by deleting or adding and updating the modeling data list transmitted to the service unit.

그러나, 상기 한국등록특허 10-1526271의 태양광 발전용 모듈의 건전성 진단장치, 한국등록특허 10-1743908의 태양광 발전장치의 PV 고장 및 불량모듈 바이패스 시스템 및 한국등록특허 10-1958941의 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템은 개별 태양광 모듈을 감시하여 이상이 발생한 태양광 모듈을 바이패스시킴으로써 안정적인 발전효과가 있기는 하나, 모두 개별 태양광 모듈의 이상데이터를 중앙집중식 제어장치에 송신하고 제어장치에 의한 연산 알고리즘으로 바이패스시키므로 전체 태양광 모듈 스트링 발전에는 큰 영향이 없는 장점은 있으나, 상기 제어장치가 통합 시스템으로서 중앙집중식으로 관리 제어되고 상기 제어는 복잡한 제어알고리즘에 의해 처리되는 등의 설치비용 과다 등의 문제점이 있었고, 상기 제어장치에 이상이 발생한 경우에는 개별 태양광 모듈의 이상을 감지할 수 없는 문제점이 있었으므로 중앙집중식 제어가 아닌 분산형 제어에 의한 구조가 간단하고 설치비용이 저감되는 개별 태양광 모듈의 이상감지 차단 및 바이패스를 적용한 분산형 감시제어 시스템 개발이 시급한 실정이다.However, the health diagnosis device of the solar power generation module of the Korean Patent No. 10-1526271, the PV failure and defective module bypass system of the solar power generation device of the Korean Patent No. 10-1743908, and the machine learning of the Korean Patent No. 10-1958941 Although the solar power generation control system has a stable power generation effect by monitoring individual photovoltaic modules and bypassing the photovoltaic module that has an abnormality, both transmit the abnormal data of each photovoltaic module to the centralized control device and Since it bypasses with an operation algorithm by , there is an advantage that there is no significant effect on the entire solar module string power generation, but the control device is centrally managed and controlled as an integrated system and the control is processed by a complex control algorithm. There was a problem such as excessive, and when an abnormality occurred in the control device, there was a problem that an abnormality of an individual solar module could not be detected. Therefore, the structure by distributed control rather than centralized control is simple and installation cost is reduced. There is an urgent need to develop a distributed monitoring and control system that applies anomaly detection blocking and bypass of individual solar modules.

[특허문헌 001] 한국등록특허 10-1465764(등록일자 2014년11월20일)[Patent Document 001] Korean Patent Registration 10-1465764 (Registration Date: November 20, 2014) [특허문헌 002] 한국공개특허 10-2020-0113877(공개일자 2020년10월07일)[Patent Document 002] Korean Patent Publication No. 10-2020-0113877 (published on October 07, 2020) [특허문헌 003] 한국등록특허 10-1266346(등록일자 2013년05월15일)[Patent Document 003] Korean Patent 10-1266346 (Registration Date: May 15, 2013) [특허문헌 004] 한국등록특허 10-1409774(등록일자 2014년06월13일)[Patent Document 004] Korean Patent Registration 10-1409774 (Registration Date June 13, 2014) [특허문헌 005] 한국등록특허 10-1526271(등록일자 2015년06월01일)[Patent Document 005] Korean Patent Registration 10-1526271 (Registration Date: June 01, 2015) [특허문헌 006] 한국등록특허 10-1743908(등록일자 2017년05월31일)[Patent Document 006] Korean Patent 10-1743908 (Registration Date: May 31, 2017) [특허문헌 007] 한국등록특허 10-1958941(등록일자 2019년03월11일)[Patent Document 007] Korean Patent No. 10-1958941 (Registration Date March 11, 2019)

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 개별 태양광 모듈 패널에서 발전되는 전압 및 전류를 측정하는 전압검출부 및 전류검출부와, 개별 태양광 모듈 패널 자체 또는 태양광 모듈 패널 사이에 발생하는 DC 아크폴트를 검출하는 아크폴트검출부와, 상기 전압검출부 및 전류검출부에서 측정된 전압 및 전류값이 미리 설정된 기준값 미만 또는 초과하거나 상기 아크폴트검출부로부터 DC 아크폴트가 검출되는 이상조건발생 또는 해제에 따라 해당 개별 태양광 모듈 패널의 발전출력을 개폐하는 온/오프 스위치와, 상기 이상조건발생 또는 해제에 따라 상기 온/오프 스위치를 제어하는 제어처리부와, 상기 온/오프 스위치가 오프되어 개별 태양광 모듈 패널의 발전출력이 차단된 경우 해당 개별 태양광 모듈 패널을 바이패스하도록 바이패스 회로로 구성되는 바이패스회로부와, 인접 개별 태양광 모듈 패널간 메시지를 릴레이하는 단거리 네트워크 또는 대규모 장거리 네트워크를 구성하거나 게이트웨이 장치와 통신하기 위하여 블루투스 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 무선통신부를 포함하여 구성되는 모듈레벨 감시제어장치가 개별 태양광 모듈 패널 각각에 구비되어 중앙제어형이 아닌 분산형 무선 메쉬 네트워크를 기반으로 개별 태양광 모듈 패널이 자율적으로 이상을 감지하고, 온/오프 스위칭 및 바이패스하도록 구성되어 태양광 발전이 정상적인 효율과 동작이 지속적으로 이루어지도록 하기 위한 비중앙적 무선 메쉬 네트워크 기반 분산형 모듈 레벨 태양광 발전 감시제어 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.In order to solve the above conventional problems, the present invention provides a voltage detection unit and a current detection unit for measuring the voltage and current generated in an individual solar module panel, and a DC arc generated between the individual solar module panel itself or the solar module panel. An arc fault detection unit that detects a fault, and the voltage and current values measured by the voltage detection unit and the current detection unit are less than or exceeding preset reference values, or a DC arc fault is detected from the arc fault detection unit. An on/off switch that opens and closes the power generation output of a solar module panel, a control processing unit that controls the on/off switch according to the occurrence or release of the abnormal condition, and the on/off switch of the individual solar module panel When the power generation output is cut off, a bypass circuit part composed of a bypass circuit to bypass the individual solar module panel, and a short-range network or large-scale long-distance network that relays messages between adjacent individual solar module panels, or with a gateway device In order to communicate, a module-level monitoring and control device comprising a wireless communication unit constituting a Bluetooth wireless mesh network is provided in each individual solar module panel, so that individual solar module panels are installed based on a distributed wireless mesh network rather than a central control type. A decentralized, wireless mesh network-based distributed module-level solar power generation monitoring and control system configured to autonomously detect abnormalities, switch on/off, and bypass the photovoltaic power generation to ensure normal efficiency and operation. Make what you provide a challenge to solve.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 개별 태양광 모듈 패널에서 발전되는 전압 및 전류를 측정하는 전압검출부 및 전류검출부와, 개별 태양광 모듈 패널 자체 또는 태양광 모듈 패널 사이에 발생하는 DC 아크폴트를 검출하는 아크폴트검출부와, 상기 전압검출부 및 전류검출부에서 측정된 전압 및 전류값이 미리 설정된 기준값 미만 또는 초과하거나 상기 아크폴트검출부로부터 DC 아크폴트가 검출되는 이상조건발생 또는 해제에 따라 해당 개별 태양광 모듈 패널의 발전출력을 개폐하는 온/오프 스위치와, 상기 이상조건발생 또는 해제에 따라 상기 온/오프 스위치를 제어하는 제어처리부와, 상기 온/오프 스위치가 오프되어 개별 태양광 모듈 패널의 발전출력이 차단된 경우 해당 개별 태양광 모듈 패널을 바이패스하도록 바이패스 회로로 구성되는 바이패스회로부와, 인접 개별 태양광 모듈 패널간 메시지를 릴레이하는 단거리 네트워크 또는 대규모 장거리 네트워크를 구성하거나 게이트웨이 장치와 통신하기 위하여 블루투스 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 무선통신부를 포함하여 구성되는 모듈레벨 감시제어장치가 개별 태양광 모듈 패널 각각에 구비되는 비중앙적 무선 메쉬 네트워크 기반 분산형 모듈 레벨 태양광 발전 감시제어 시스템을 과제의 해결수단으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a voltage detection unit and a current detection unit for measuring the voltage and current generated by an individual solar module panel, and a DC arc fault occurring between the individual solar module panel itself or the solar module panel. In accordance with the occurrence or cancellation of an abnormal condition in which the voltage and current values measured by the arc fault detection unit and the voltage detection unit and the current detection unit are less than or exceeding preset reference values, or a DC arc fault is detected from the arc fault detection unit, the individual sunlight An on/off switch for opening and closing the power generation output of the module panel, a control processing unit for controlling the on/off switch according to the occurrence or release of the abnormal condition, and the power generation output of an individual solar module panel when the on/off switch is turned off A bypass circuit part configured as a bypass circuit to bypass the respective individual solar module panels when this is blocked, and a short-range network or large-scale long-distance network that relays messages between adjacent individual solar module panels or communicates with a gateway device To this end, a distributed module level solar power generation monitoring and control system based on a centralized wireless mesh network in which a module level monitoring and control device comprising a wireless communication unit constituting a Bluetooth wireless mesh network is provided in each individual solar module panel. do it as a solution.

상기 제어처리부는 상기 이상조건발생 또는 해제에 따라 상기 온/오프 스위치를 개폐하고 상기 바이패스회로부를 스위칭하도록 상기 온/오프 스위치 및 바이패스회로부에 비상정지 또는 동작재개 제어명령을 인가하여 제어하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.The control processing unit applies an emergency stop or operation restart control command to the on/off switch and the bypass circuit to open and close the on/off switch and switch the bypass circuit according to the occurrence or release of the abnormal condition. as a means of solving the problem.

상기 제어처리부는 상기 이상조건발생이 해제된 경우 일정시간 경우 후, 동작재개 제어명령을 인가하여 제어하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.When the occurrence of the abnormal condition is released, the control processing unit applies a control command to resume operation after a predetermined period of time to control the operation as a means of solving the problem.

상기 아크폴트검출부는 상기 전류검출부에서 검출된 직류 전류를 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 기본파 성분 및 고조파 성분을 추출하고 특정 고조파 성분의 비율이 추출된 기본파 성분 대비 미리 설정된 비율 이상인 경우 아크폴트로 감지하여 상기 온/오프 스위치를 차단하도록 상기 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT) 및 상기 아크폴트 감지알고리즘이 상기 제어처리부에 의해 수행되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.The arc fault detection unit extracts a fundamental component and a harmonic component by Fast Fourier Transform (FFT) on the DC current detected by the current detection unit, and the ratio of a specific harmonic component is greater than or equal to a preset ratio compared to the extracted fundamental component In the case of an arc fault, the Fast Fourier Transform (FFT) and the arc fault detection algorithm are performed by the control processing unit to cut off the on/off switch as a means of solving the problem.

상기 바이패스회로부는 인접한 개별 태양광 모듈 패널과 직렬로 연결되는 바이패스회로와, 상기 바이패스회로 스위칭을 동작시키는 MOSFET 또는 IGBT 스위치를 포함하되, 상기 MOSFET 또는 IGBT 스위치는 다이오드 통전으로 자체 동작하거나 상기 제어처리부로부터 인가되는 비상정지 또는 동작재개 제어명령에 의하여 동작되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.The bypass circuit unit includes a bypass circuit connected in series with an adjacent individual photovoltaic module panel, and a MOSFET or IGBT switch for operating the bypass circuit switching, wherein the MOSFET or IGBT switch operates by itself by energizing a diode, or The means of solving the problem is to operate according to the emergency stop or operation restart control command applied from the control processing unit.

상기 제어처리부 및 상기 무선통신부는 개별 태양광 모듈 패널의 전압 및 전류측정 데이터 또는 아크폴트검출 데이터를 인접 개별 태양광 모듈 패널로 메시지를 릴레이하는 분산제어 프로토콜에 의하여 개별 태양광 모듈 패널간 블루투스 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.The control processing unit and the wireless communication unit use a Bluetooth wireless mesh between individual solar module panels by a distributed control protocol that relays messages of voltage and current measurement data or arc fault detection data of individual solar module panels to adjacent individual solar module panels. Establishing a network is a means of solving the problem.

상기 제어처리부 및 상기 무선통신부는 해당 개별 태양광 모듈 패널이 연결되어 종속된 스트링 또는 어레이의 그룹주소를 할당하고 상기 그룹주소로 비상정지 또는 동작재개 제어명령을 송신하여 개별 스트링 또는 어레이를 자율 제어하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.The control processing unit and the wireless communication unit assign a group address of a string or array to which the respective individual solar module panels are connected, and transmit an emergency stop or operation restart control command to the group address to autonomously control individual strings or arrays. as a means of solving the problem.

본 발명의 비중앙적 무선 메쉬 네트워크 기반 분산형 모듈 레벨 태양광 발전 감시제어 시스템은, 개별 태양광 모듈 패널에서 발전되는 전압 및 전류를 측정하는 전압검출부 및 전류검출부와, 개별 태양광 모듈 패널 자체 또는 태양광 모듈 패널 사이에 발생하는 DC 아크폴트를 검출하는 아크폴트검출부와, 상기 전압검출부 및 전류검출부에서 측정된 전압 및 전류값이 미리 설정된 기준값 미만 또는 초과하거나 상기 아크폴트검출부로부터 DC 아크폴트가 검출되는 이상조건발생 또는 해제에 따라 해당 개별 태양광 모듈 패널의 발전출력을 개폐하는 온/오프 스위치와, 상기 이상조건발생 또는 해제에 따라 상기 온/오프 스위치를 제어하는 제어처리부와, 상기 온/오프 스위치가 오프되어 개별 태양광 모듈 패널의 발전출력이 차단된 경우 해당 개별 태양광 모듈 패널을 바이패스하도록 바이패스 회로로 구성되는 바이패스회로부와, 인접 개별 태양광 모듈 패널간 메시지를 릴레이하는 단거리 네트워크 또는 대규모 장거리 네트워크를 구성하거나 게이트웨이 장치와 통신하기 위하여 블루투스 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 무선통신부를 포함하여 구성되는 모듈레벨 감시제어장치가 개별 태양광 모듈 패널 각각에 구비되어 중앙제어형이 아닌 분산형 무선 메쉬 네트워크를 기반으로 개별 태양광 모듈 패널이 자율적으로 이상을 감지하고, 온/오프 스위칭 및 바이패스하도록 구성되어 개별 태양광 모듈 패널의 모니터링을 통해 고장 모듈을 판별하여 신속한 유지보수가 가능하며, 아크 폴트와 그라운드 폴트 등의 비상 상황에서 비중앙적 자율제어를 통한 자가 출력차단을 실시하여 아크로 인한 화재를 방지하고 누전으로 인한 현장 유지보수 인력의 감전사고를 방지하는 우수한 효과가 있다The decentralized wireless mesh network-based distributed module-level solar power generation monitoring and control system of the present invention includes a voltage detection unit and a current detection unit that measure the voltage and current generated by an individual solar module panel, and the individual solar module panel itself or An arc fault detection unit that detects a DC arc fault occurring between the solar module panels, and the voltage and current values measured by the voltage detection unit and the current detection unit are less than or exceeding preset reference values, or a DC arc fault is detected from the arc fault detection unit An on/off switch that opens and closes the power generation output of a corresponding individual photovoltaic module panel according to the occurrence or release of an abnormal condition, and a control processing unit for controlling the on/off switch according to the occurrence or release of the abnormal condition, and the on/off A short-distance network that relays messages between a bypass circuit unit composed of a bypass circuit to bypass the individual photovoltaic module panel when the power generation output of an individual photovoltaic module panel is cut off because the switch is turned off, and a message between adjacent individual photovoltaic module panels Alternatively, a module-level monitoring and control device comprising a wireless communication unit constituting a Bluetooth wireless mesh network to configure a large-scale long-distance network or to communicate with a gateway device is provided in each individual solar module panel, so that a distributed wireless mesh rather than a central control type is provided. Based on the network, individual solar module panels are configured to autonomously detect abnormalities, switch on/off, and bypass individual PV module panels to identify faulty modules through monitoring of individual PV module panels, enabling rapid maintenance and arc fault It has an excellent effect of preventing fire caused by arcs by shutting off self-output through centralized autonomous control in emergency situations such as and ground faults and preventing electric shock accidents of on-site maintenance personnel due to short circuits.

도 1은 종래 일반적인 태양광 발전 시스템 계통도
도 2는 종래 일반적인 태양광 모듈 패널, 스트링, 어레이 구성도
도 3은 본 발명의 개별 태양광 모듈 패널의 이상감지, 온/오프 스위칭 및 바이패스 자율 제어시스템 전체 구성도
도 4는 본 발명의 개별 태양광 모듈 패널의 이상감지, 온/오프 스위칭 및 바이패스 자율 제어시스템 작동 모식도
도 5는 본 발명의 개별 태양광 모듈 패널의 이상감지, 온/오프 스위칭 및 바이패스 자율 제어시스템의 바이패스회로도
도 6은 본 발명의 개별 태양광 모듈 패널의 이상감지, 온/오프 스위칭 및 바이패스 자율 제어시스템 무선통신 구성도
1 is a schematic diagram of a conventional general solar power generation system;
2 is a conventional general photovoltaic module panel, string, array configuration diagram
3 is an overall configuration diagram of an abnormal detection, on/off switching and bypass autonomous control system of an individual solar module panel of the present invention;
4 is a schematic diagram of the operation of an autonomous control system for abnormal detection, on/off switching and bypass of individual solar module panels of the present invention
5 is a bypass circuit diagram of an abnormal detection, on/off switching and bypass autonomous control system of an individual solar module panel of the present invention;
6 is a wireless communication configuration diagram of an individual solar module panel of the present invention for abnormal detection, on/off switching and bypass autonomous control system

본 발명은, 개별 태양광 모듈 패널에서 발전되는 전압 및 전류를 측정하는 전압검출부 및 전류검출부와, 개별 태양광 모듈 패널 자체 또는 태양광 모듈 패널 사이에 발생하는 DC 아크폴트를 검출하는 아크폴트검출부와, 상기 전압검출부 및 전류검출부에서 측정된 전압 및 전류값이 미리 설정된 기준값 미만 또는 초과하거나 상기 아크폴트검출부로부터 DC 아크폴트가 검출되는 이상조건발생 또는 해제에 따라 해당 개별 태양광 모듈 패널의 발전출력을 개폐하는 온/오프 스위치와, 상기 이상조건발생 또는 해제에 따라 상기 온/오프 스위치를 제어하는 제어처리부와, 상기 온/오프 스위치가 오프되어 개별 태양광 모듈 패널의 발전출력이 차단된 경우 해당 개별 태양광 모듈 패널을 바이패스하도록 바이패스 회로로 구성되는 바이패스회로부와, 인접 개별 태양광 모듈 패널간 메시지를 릴레이하는 단거리 네트워크 또는 대규모 장거리 네트워크를 구성하거나 게이트웨이 장치와 통신하기 위하여 블루투스 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 무선통신부를 포함하여 구성되는 모듈레벨 감시제어장치가 개별 태양광 모듈 패널 각각에 구비되는 비중앙적 무선 메쉬 네트워크 기반 분산형 모듈 레벨 태양광 발전 감시제어 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.The present invention provides a voltage detection unit and a current detection unit for measuring the voltage and current generated by an individual solar module panel, and an arc fault detection unit for detecting a DC arc fault occurring between the individual solar module panel itself or the solar module panel; , In accordance with the occurrence or cancellation of an abnormal condition in which the voltage and current values measured by the voltage detection unit and the current detection unit are less than or exceeding preset reference values, or a DC arc fault is detected from the arc fault detection unit, the power generation output of the individual solar module panel An on/off switch that opens and closes, a control processing unit that controls the on/off switch according to occurrence or release of the abnormal condition, and a corresponding individual when the on/off switch is turned off and the power generation output of an individual solar module panel is blocked A bypass circuit part composed of a bypass circuit to bypass the solar module panel, and a short-range network or a large-scale long-distance network that relays messages between adjacent individual solar module panels, or a Bluetooth wireless mesh network to communicate with a gateway device It features a technology configuration of a distributed module level solar power generation monitoring and control system based on a centralized wireless mesh network in which a module level monitoring and control device configured including a constituting wireless communication unit is provided on each individual solar module panel.

상기 제어처리부는 상기 이상조건발생 또는 해제에 따라 상기 온/오프 스위치를 개폐하고 상기 바이패스회로부를 스위칭하도록 상기 온/오프 스위치 및 바이패스회로부에 비상정지 또는 동작재개 제어명령을 인가하여 제어하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.The control processing unit applies an emergency stop or operation restart control command to the on/off switch and the bypass circuit to open and close the on/off switch and switch the bypass circuit according to the occurrence or release of the abnormal condition. It is characterized by the technical composition.

상기 제어처리부는 상기 이상조건발생이 해제된 경우 일정시간 경우 후, 동작재개 제어명령을 인가하여 제어하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.The control processing unit is characterized in that when the occurrence of the abnormal condition is released, after a predetermined period of time, the control processing unit applies an operation restart control command to control the operation.

상기 아크폴트검출부는 상기 전류검출부에서 검출된 직류 전류를 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 기본파 성분 및 고조파 성분을 추출하고 특정 고조파 성분의 비율이 추출된 기본파 성분 대비 미리 설정된 비율 이상인 경우 아크폴트로 감지하여 상기 온/오프 스위치를 차단하도록 상기 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT) 및 상기 아크폴트 감지알고리즘이 상기 제어처리부에 의해 수행되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.The arc fault detection unit extracts a fundamental component and a harmonic component by Fast Fourier Transform (FFT) on the DC current detected by the current detection unit, and the ratio of a specific harmonic component is greater than or equal to a preset ratio compared to the extracted fundamental component The technical configuration is characterized in that the Fast Fourier Transform (FFT) and the arc fault detection algorithm are performed by the control processing unit so as to detect an arc fault and cut off the on/off switch.

상기 바이패스회로부는 인접한 개별 태양광 모듈 패널과 직렬로 연결되는 바이패스회로와, 상기 바이패스회로 스위칭을 동작시키는 MOSFET 또는 IGBT 스위치를 포함하되, 상기 MOSFET 또는 IGBT 스위치는 다이오드 통전으로 자체 동작하거나 상기 제어처리부로부터 인가되는 비상정지 또는 동작재개 제어명령에 의하여 동작되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.The bypass circuit unit includes a bypass circuit connected in series with an adjacent individual photovoltaic module panel, and a MOSFET or IGBT switch for operating the bypass circuit switching, wherein the MOSFET or IGBT switch operates by itself by energizing a diode, or It is characterized in that it is operated according to an emergency stop or operation restart control command applied from the control processing unit.

상기 제어처리부 및 상기 무선통신부는 개별 태양광 모듈 패널의 전압 및 전류측정 데이터 또는 아크폴트검출 데이터를 인접 개별 태양광 모듈 패널로 메시지를 릴레이하는 분산제어 프로토콜에 의하여 개별 태양광 모듈 패널간 블루투스 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.The control processing unit and the wireless communication unit use a Bluetooth wireless mesh between individual solar module panels by a distributed control protocol that relays messages of voltage and current measurement data or arc fault detection data of individual solar module panels to adjacent individual solar module panels. The configuration of the network is characterized by the technical configuration.

상기 제어처리부 및 상기 무선통신부는 해당 개별 태양광 모듈 패널이 연결되어 종속된 스트링 또는 어레이의 그룹주소를 할당하고 상기 그룹주소로 비상정지 또는 동작재개 제어명령을 송신하여 개별 스트링 또는 어레이를 자율 제어하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.The control processing unit and the wireless communication unit assign a group address of a string or array to which the respective individual solar module panels are connected, and transmit an emergency stop or operation restart control command to the group address to autonomously control individual strings or arrays. It is characterized by the technical composition.

이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예 및/또는 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예 및/또는 도면에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments and/or drawings of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms, and is not limited to the embodiments and/or drawings described herein.

먼저, [도 3] 내지 [도 4]를 참조하여 설명하면, 본 발명의 비중앙적 무선 메쉬 네트워크 기반 분산형 모듈 레벨 태양광 발전 감시제어 시스템, 개별 태양광 모듈 패널(1)에서 발전되는 전압 및 전류를 측정하는 전압검출부(101) 및 전류검출부(102)와, 개별 태양광 모듈 패널(1) 자체 또는 태양광 모듈 패널(1) 사이에 발생하는 DC 아크폴트를 검출하는 아크폴트검출부(103)와, 상기 전압검출부(101) 및 전류검출부(102)에서 측정된 전압 및 전류값이 미리 설정된 기준값 미만 또는 초과하거나 상기 아크폴트검출부(103)로부터 DC 아크폴트가 검출되는 이상조건발생 또는 해제에 따라 해당 개별 태양광 모듈 패널(1)의 발전출력을 개폐하는 온/오프 스위치(107)와, 상기 이상조건발생 또는 해제에 따라 상기 온/오프 스위치(107)를 제어하는 제어처리부(104)와, 상기 온/오프 스위치(107)가 오프되어 개별 태양광 모듈 패널(10)의 발전출력이 차단된 경우 해당 개별 태양광 모듈 패널(1)을 바이패스하도록 바이패스 회로로 구성되는 바이패스회로부(106)와, 인접 개별 태양광 모듈 패널(1)간 메시지를 릴레이하는 단거리 네트워크 또는 대규모 장거리 네트워크를 구성하거나 게이트웨이 장치와 통신하기 위하여 블루투스 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 무선통신부(105)를 포함하여 구성되는 모듈레벨 감시제어장치(100)가 개별 태양광 모듈 패널(1) 각각에 구비되어 구성된다.First, referring to [Fig. 3] to [Fig. 4], the decentralized wireless mesh network-based distributed module level solar power generation monitoring and control system of the present invention, the voltage generated by the individual solar module panel (1) and a voltage detection unit 101 and a current detection unit 102 for measuring current, and an arc fault detection unit 103 for detecting a DC arc fault occurring between the individual solar module panel 1 itself or the solar module panel 1 . ) and the voltage and current values measured by the voltage detection unit 101 and the current detection unit 102 are less than or exceeding the preset reference values, or an abnormal condition in which a DC arc fault is detected from the arc fault detection unit 103. An on/off switch 107 that opens and closes the power generation output of the individual solar module panel 1 according to each other, and a control processing unit 104 that controls the on/off switch 107 according to the occurrence or release of the abnormal condition; , When the on/off switch 107 is turned off and the power generation output of the individual photovoltaic module panel 10 is blocked, the bypass circuit unit configured as a bypass circuit to bypass the individual photovoltaic module panel 1 ( 106) and a wireless communication unit 105 that configures a short-range network or a large-scale long-distance network that relays messages between adjacent individual solar module panels 1 or a Bluetooth wireless mesh network to communicate with a gateway device. Module level monitoring and control device 100 is provided in each individual solar module panel (1) is configured.

여기서, 상기 전압검출부(101) 및 전류검출부(102)는 상기 개별 태양광 모듈 패널(10)로부터 입략되는 전압, 전류를 측정하여 수집하고 상기 측정된 전압, 전류 데이터를 상기 제어처리부(104)로 송신한다.Here, the voltage detection unit 101 and the current detection unit 102 measure and collect the voltage and current input from the individual solar module panel 10 and transmit the measured voltage and current data to the control processing unit 104 . send

또한, 상기 아크폴트검출부(103)는 상기 전류검출부(102)에서 검출된 직류 전류를 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 기본파 성분 및 고조파 성분을 추출하고 특정 고조파 성분의 비율이 추출된 기본파 성분 대비 미리 설정된 비율 이상인 경우 아크폴트로 감지하여 상기 온/오프 스위치를 차단하도록 상기 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT) 및 상기 아크폴트 감지알고리즘이 상기 제어처리부에 의해 수행된다In addition, the arc fault detection unit 103 extracts the fundamental and harmonic components by Fast Fourier Transform (FFT) on the DC current detected by the current detection unit 102, and the ratio of the specific harmonic component is extracted. The Fast Fourier Transform (FFT) and the arc fault detection algorithm are performed by the control processing unit to detect an arc fault when the ratio is greater than or equal to a preset ratio compared to the fundamental component and block the on/off switch

즉, 정상 상태의 직류 전류의 파형은 정현 대칭에 해당하므로 고속 푸리에 변환에 기초한 분석 시 몹시 작은 크기의 고조파 성분만이 함유되어 있다. 그러나, 아크 고장이 발생하면 직류 전류의 파형은 매 주기마다 다른 형태를 보임으로써 고속 푸리에 변환에 기초한 분석 시 고조파 성분의 크기가 증가할 수 있다. That is, since the waveform of the DC current in the steady state corresponds to sinusoidal symmetry, only a very small harmonic component is included in the analysis based on the fast Fourier transform. However, when an arc failure occurs, the waveform of the DC current has a different shape for every cycle, so that the magnitude of the harmonic component may increase in the analysis based on the fast Fourier transform.

따라서, 상기 아크폴트검출부(103)는 특정 차수의 고조파 성분의 변화를 측정함에 따라 아크 고장을 검출하도록 동작하며, 이러한 고조파 성분 변화에 기초한 아크 검출 방식은 시간 영역에서의 아크 고장 검출 방식보다 수월하게 아크를 검출해낼 수 있다.Accordingly, the arc fault detection unit 103 operates to detect an arc failure by measuring a change in a harmonic component of a specific order, and the arc detection method based on such a harmonic component change is easier than the arc failure detection method in the time domain. arcs can be detected.

이때, 상기 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT)은 신호(signal)를 진동수(frequency)의 성분으로 분해(decomposition)하는 수학적 기법, 즉 시간에 대한 함수(신호)를 푸리에 변환하면 진동수에 관한 함수를 생성하는 것으로, 이러한 프로그램 또는 알고리즘은 이미 주지관용되어 있는 것으로 상세한 설명은 생략한다.At this time, the Fast Fourier Transform (FFT) is a mathematical technique of decomposition of a signal into components of a frequency, that is, a function related to the frequency when a function (signal) with respect to time is Fourier transformed. To generate , these programs or algorithms are already well-known and detailed description will be omitted.

또한, 선택적으로, 상기 전류검출부(102)에서 검출된 직류 전류는 아날로그-디지털 변환기(ADC; analog-to-digital converter) 및 다양한 필터를 거쳐 FFT 프로세스에 입력될 수 있는데, 즉, 아날로그-디지털 변환기(ADC; analog-to-digital converter)로 측정한 전류신호는 FIR(finite impulse response)과 IIR(infinite impulse response) 등의 다양한 필터를 적용할 수 있으며, 여기서 FIR 필터는 일반적으로 노이즈 성분을 제거하기 위한 이동평균필터를 설계하기 위하여 사용되고, IIR 필터는 대역통과필터를 설계하기 위하여 사용된다. Also, optionally, the DC current detected by the current detector 102 may be input to the FFT process through an analog-to-digital converter (ADC) and various filters, that is, an analog-to-digital converter. Various filters such as finite impulse response (FIR) and infinite impulse response (IIR) can be applied to the current signal measured by an analog-to-digital converter (ADC), where the FIR filter is generally used to remove noise components. It is used to design a moving average filter for , and an IIR filter is used to design a bandpass filter.

상기와 같이, 필터를 통하여 필터링 된 신호는 고속 푸리에 변환을 이용하여 주파수 성분을 계산하고, 계산된 주파수의 크기 성분을 이용하여 총 에너지를 계산하며, 계산된 에너지의 크기를 이용하여 아크를 검출할 수 있다.As described above, for the signal filtered through the filter, the frequency component is calculated using the fast Fourier transform, the total energy is calculated using the calculated frequency magnitude component, and the arc is detected using the calculated energy magnitude. can

다음으로, 상기 바이패스회로부(106)는 인접한 개별 태양광 모듈 패널(1)과 직렬로 연결되는 바이패스회로(106-1)와, 상기 바이패스회로 스위칭을 동작시키는 MOSFET 또는 IGBT 스위치(106-2)를 포함하되, 상기 MOSFET 또는 IGBT 스위치(106-2)는 다이오드 통전으로 자체 동작하거나 상기 제어처리부(104)로부터 인가되는 비상정지 또는 동작재개 제어명령에 의하여 동작되도록 구성된다.Next, the bypass circuit unit 106 includes a bypass circuit 106-1 connected in series with an adjacent individual solar module panel 1, and a MOSFET or IGBT switch 106- that operates the bypass circuit switching. 2), but the MOSFET or IGBT switch 106-2 is configured to operate by itself by energizing a diode or to be operated by an emergency stop or operation restart control command applied from the control processing unit 104.

즉, 상기 바이패스회로부(106)는 [도 5]에 도시한 바와 같이, 상기 개별 태양광 모듈 패널(1)에 대응되도록 구비되는 회로로서, 상기 개별 태양광 모듈 패널(1)과 서로 인접한 개별 태양광 모듈 패널(1)을 직접 직렬로 연결시키거나 바이패스시키는 회로이다.That is, the bypass circuit unit 106 is a circuit provided to correspond to the individual photovoltaic module panel 1 as shown in [Fig. 5], and the individual photovoltaic module panel 1 and the individual adjacent to each other It is a circuit for directly connecting or bypassing the solar module panel (1) in series.

상기 바이패스 회로부(106)는 일차적으로는 상기 제어처리부의 개입 없이도 바이패스 동작을 구현하고(MOSFET body diode 통전), 다이오드 순방향 전압 드롭을 감소시키기 위해 상기 제어처리부에 의해 제어될 수도 있다.The bypass circuit unit 106 may be controlled by the control processing unit to primarily implement a bypass operation without the intervention of the control processing unit (energizing the MOSFET body diode) and reduce the diode forward voltage drop.

즉, [도 5(A)]는 개별 태양광 모듈 패널(1)의 이상발생이 없는 경우 정상상태의 회로도(청색실선 정상회로 오픈, 적색점선 바이패스 회로 차단),이며, [도 5(B)]는 개별 태양광 모듈 패널(1)의 이상발생시 상기 제어처리부(104)로부터 인가되는 비상정지명령에 의하여 온/오프 스위치가 차단됨과 동시에 바이패스 회로가 작동되는 회로도(적색점선 정상회로 차단, 청색실선 바이패스 회로 오픈)이다.That is, [Fig. 5(A)] is a circuit diagram in a normal state (blue solid line open normal circuit, red dotted line bypass circuit cutoff), when there is no abnormal occurrence of individual solar module panel 1, [Fig. 5(B) )] is a circuit diagram in which the on/off switch is blocked and the bypass circuit is operated simultaneously by the emergency stop command applied from the control processing unit 104 when an abnormality occurs in the individual solar module panel 1 (the red dotted line is the normal circuit blocking, blue solid line bypass circuit open).

특히, 상기 바이패스회로부(106)는 자체 동작되어 직접 연결 또는 바이패스 연결을 선택적으로 제어된다. 선택적으로 제어는 상기 제어처리부(104)로부터 인가되는 비상정지 또는 동작재개 제어명령에 의하여 MOSFET 또는 IGBT 스위치(106-2)에 의해 동작된다. In particular, the bypass circuit unit 106 operates by itself to selectively control direct connection or bypass connection. Optionally, the control is operated by the MOSFET or IGBT switch 106-2 in response to an emergency stop or operation restart control command applied from the control processing unit 104 .

또한, 상기 제어처리부(104)는 상기 전압검출부(101) 및 전류검출부(102)에서 측정된 전압 및 전류값이 미리 설정된 기준값 미만 또는 초과하거나 상기 아크폴트검출부(103)로부터 DC 아크폴트가 검출되는 이상조건발생 또는 해제에 따라 해당 개별 태양광 모듈 패널(1)의 발전출력을 개폐하는 온/오프 스위치(107)를 개폐하고 상기 바이패스회로부(106)를 스위칭하도록 상기 온/오프 스위치(107) 및 바이패스회로부(106)에 비상정지 또는 동작재개 제어명령을 인가하여 제어한다.In addition, the control processing unit 104 determines that the voltage and current values measured by the voltage detection unit 101 and the current detection unit 102 are less than or exceeding a preset reference value, or a DC arc fault is detected from the arc fault detection unit 103. The on/off switch 107 opens and closes the on/off switch 107 that opens and closes the power generation output of the respective solar module panel 1 according to the occurrence or release of an abnormal condition and switches the bypass circuit unit 106 and by applying an emergency stop or operation restart control command to the bypass circuit unit 106 to control the operation.

이때, 상기 제어처리부(104)는 상기 이상조건발생이 해제된 경우 일정시간 경우 후, 동작재개 제어명령을 인가하여 제어하는 것이 바람직하다,At this time, it is preferable that the control processing unit 104 controls the operation by applying a control command to resume operation after a certain period of time when the occurrence of the abnormal condition is released.

아울러, [도 6]에 도시한 바와 같이, 상기 제어처리부(104) 및 상기 무선통신부(105)는 개별 태양광 모듈 패널(1)의 전압 및 전류측정 데이터 또는 아크폴트검출 데이터를 인접 개별 태양광 모듈 패널로 메시지를 릴레이하는 분산제어 프로토콜에 의하여 개별 태양광 모듈 패널간 블루투스 무선 메쉬 네트워크를 구성한다.In addition, as shown in [Fig. 6], the control processing unit 104 and the wireless communication unit 105 transmit the voltage and current measurement data or arc fault detection data of the individual solar module panel 1 to the adjacent individual sunlight. A Bluetooth wireless mesh network between individual solar module panels is configured by a distributed control protocol that relays messages to the module panels.

특히, 상기 제어처리부(104) 및 상기 무선통신부(105)는 해당 개별 태양광 모듈 패널(1)이 연결되어 종속된 스트링 또는 어레이의 그룹주소를 할당하고 상기 그룹주소로 비상정지 또는 동작재개 제어명령을 송신하여 개별 스트링 또는 어레이를 자율 제어하게 된다.In particular, the control processing unit 104 and the wireless communication unit 105 allocate a group address of a string or array to which the respective individual solar module panel 1 is connected and depend, and an emergency stop or operation restart control command to the group address. to autonomously control individual strings or arrays.

즉, 상기 제어처리부(104)는 이상조건발생 또는 해제에 따라 상기 무선통신부(105)를 통하여 종속된 스트링 또는 어레이의 그룹주소에 비상정지 또는 동작재개 제어명령을 송신하므로 분산적 이상감지를 통한 감지 정확도 증가, 이상감지시 스트링이나 어레이가 아닌 패널 수준에서 출력을 개폐하여 근본적인 위험요인 제거, 비중앙적 분산자율제어를 통해 단일고장점(single point of failure; i.e. 중앙제어기)을 제거하여 신뢰성 개선, 메쉬 네트워크를 적용하여 제어메시지를 다중경로(multi-path)로 전달하고 이를 통한 resiliency를 개선할 수 있다.That is, the control processing unit 104 transmits an emergency stop or operation restart control command to the group address of the subordinate string or array through the wireless communication unit 105 according to the occurrence or release of an abnormal condition, so that detection through distributed abnormal detection Increase accuracy, remove fundamental risk factors by opening and closing the output at the panel level rather than string or array when detecting abnormalities, improve reliability by eliminating single point of failure (ie central controller) through decentralized and distributed autonomous control; By applying a mesh network, a control message can be transmitted in a multi-path manner and resiliency can be improved through this.

또한, 상기와 같은 스트링 또는 어레이의 그룹주소에 비상정지 또는 동작재개 제어명령을 송신하는 분산형 자율제어에 의해 제어되므로 별도의 게이트웨이 또는 인터넷기반 통신에 의하지 않고도 제어할 수 있는 매우 획기적인 효과가 있게 된다.In addition, since it is controlled by distributed autonomous control that transmits an emergency stop or operation restart control command to the group address of the string or array as described above, there is a very innovative effect that can be controlled without a separate gateway or Internet-based communication. .

특히, 본 발명에서, 모듈레벨 감시제어 장치는 전압, 전류, 전력, 전력량, 동작상태 등의 모니터링 데이터를 메쉬 네트워크를 통해 전송할 수 있으며, 메쉬 네트워크는 기반 프로토콜의 일부 또는 확장으로서 네트워크상 패킷 전달 우선권을 보장하는 QoS(quality-of-service) 기능을 구현한다.In particular, in the present invention, the module-level monitoring and control device can transmit monitoring data such as voltage, current, power, amount of power, operation status, etc. through a mesh network, and the mesh network is a part of or an extension of the underlying protocol, and the packet delivery priority over the network It implements a quality-of-service (QoS) function that guarantees

또한, 비상정지 명령은 QoS에 있어서 매우 높은 우선권으로 송달되며, 모니터링 데이터는 낮은 우선권으로 송달되어 비상정지 명령이 항시 모니터링 데이터보다 메쉬 네트워크상에서 우선적으로 전달된다.In addition, the emergency stop command is delivered with a very high priority in QoS, and the monitoring data is delivered with a low priority, so that the emergency stop command is always delivered with priority over the monitoring data on the mesh network.

이때, 네트워크 대역폭이 부족한 경우 비상정지 명령을 송달하기 위해 모니터링 데이터 메시지를 drop(무시)하고 전달하지 않을 수 있다.At this time, if the network bandwidth is insufficient, the monitoring data message may be dropped (ignored) and not delivered to deliver the emergency stop command.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및/또는 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및/또는 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the embodiments and/or drawings disclosed in the present invention are for explanation rather than limiting the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments and/or drawings. . The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

1 : 개별 태양광 모듈 패널 100 : 모듈레벨 감시제어장치
101 : 전압검출부 102 : 전류검출부
103 : 아크폴트검출부 104 : 제어처리부
105 : 무선통신부 106 : 바이패스회로부
107 : 온/오프 스위치
1: Individual solar module panel 100: Module level monitoring and control device
101: voltage detection unit 102: current detection unit
103: arc fault detection unit 104: control processing unit
105: wireless communication unit 106: bypass circuit unit
107: on/off switch

Claims (7)

개별 태양광 모듈 패널에서 발전되는 전압 및 전류를 측정하는 전압검출부 및 전류검출부와; 개별 태양광 모듈 패널 자체 또는 태양광 모듈 패널 사이에 발생하는 DC 아크폴트를 검출하는 아크폴트검출부와; 상기 전압검출부 및 전류검출부에서 측정된 전압 및 전류값이 미리 설정된 기준값 미만 또는 초과하거나 상기 아크폴트검출부로부터 DC 아크폴트가 검출되는 이상조건발생 또는 해제에 따라 해당 개별 태양광 모듈 패널의 발전출력을 개폐하는 온/오프 스위치와; 상기 이상조건발생 또는 해제에 따라 상기 온/오프 스위치를 제어하는 제어처리부와; 상기 온/오프 스위치가 오프되어 개별 태양광 모듈 패널의 발전출력이 차단된 경우 해당 개별 태양광 모듈 패널을 바이패스하도록 바이패스 회로로 구성되는 바이패스회로부와; 인접 개별 태양광 모듈 패널간 메시지를 릴레이하는 단거리 네트워크 또는 대규모 장거리 네트워크를 구성하기 위하여 블루투스 무선 메쉬 네트워크를 구성하는 무선통신부;를 포함하여 구성되는 모듈레벨 감시제어장치가 개별 태양광 모듈 패널 각각에 구비되는 비중앙적 무선 메쉬 네트워크 기반 분산형 모듈 레벨 태양광 발전 감시제어 시스템으로서,
상기 바이패스회로부는 인접한 개별 태양광 모듈 패널과 직렬로 연결되는 바이패스회로와, 상기 바이패스회로 스위칭을 동작시키는 MOSFET 또는 IGBT 스위치를 포함하되, 상기 MOSFET 또는 IGBT 스위치는 다이오드통전으로 자체동작하거나 상기 제어처리부로부터 인가되는 비상정지 또는 동작재개 제어명령에 의하여 동작되고,
상기 제어처리부 및 상기 무선통신부는 개별 태양광 모듈 패널의 전압 및 전류측정 데이터 또는 아크폴트검출 데이터를 인접 개별 태양광 모듈 패널로 메시지를 릴레이하는 분산제어 프로토콜에 의하여 개별 태양광 모듈 패널간 블루투스 무선 메쉬 네트워크를 구성하되, 상기 제어처리부 및 상기 무선통신부는 해당 개별 태양광 모듈 패널이 연결되어 종속된 스트링 또는 어레이의 그룹주소를 할당하고 상기 그룹주소로 비상정지 또는 동작재개 제어명령을 상기 메쉬 네트워크를 통해 제어메시지를 다중경로(multi-path)로 전달함에 따라 별도의 게이트웨이 또는 인터넷기반 통신이 필요하지 않으며, 상기 메쉬 네트워크는 네트워크상 패킷 전달 우선권을 보장하는 QoS(quality-of-service) 프로토콜을 적용하여 비상정지 명령은 높은 우선권으로 송달되며, 전압, 전류, 전력, 전력량, 동작상태를 포함하는 모니터링 데이터는 낮은 우선권으로 송달되어 비상정지 명령이 항시 상기 모니터링 데이터보다 상기 메쉬 네트워크상에서 우선적으로 전달되는 것을 특징으로 하는 비중앙적 무선 메쉬 네트워크 기반 분산형 모듈 레벨 태양광 발전 감시제어 시스템
a voltage detection unit and a current detection unit for measuring the voltage and current generated by individual solar module panels; an arc fault detection unit for detecting a DC arc fault occurring between individual photovoltaic module panels or between photovoltaic module panels; The voltage and current values measured by the voltage detection unit and the current detection unit are less than or exceeding the preset reference values, or the generation output of the individual solar module panel is opened or closed according to the occurrence or cancellation of an abnormal condition in which a DC arc fault is detected from the arc fault detection unit an on/off switch to; a control processing unit for controlling the on/off switch according to occurrence or release of the abnormal condition; a bypass circuit unit configured as a bypass circuit to bypass the individual solar module panel when the on/off switch is turned off and the power generation output of the individual solar module panel is blocked; A module-level monitoring and control device comprising a; a wireless communication unit configuring a Bluetooth wireless mesh network to configure a short-range network or a large-scale long-distance network that relays messages between adjacent individual solar module panels is provided on each individual solar module panel As a decentralized wireless mesh network-based distributed module level solar power generation monitoring and control system,
The bypass circuit unit includes a bypass circuit connected in series with an adjacent individual photovoltaic module panel, and a MOSFET or IGBT switch for operating the bypass circuit switching, wherein the MOSFET or IGBT switch operates by itself by energizing a diode or the It is operated according to the emergency stop or operation restart control command applied from the control processing unit,
The control processing unit and the wireless communication unit use a Bluetooth wireless mesh between individual solar module panels by a distributed control protocol that relays messages of voltage and current measurement data or arc fault detection data of individual solar module panels to adjacent individual solar module panels. The network is configured, but the control processing unit and the wireless communication unit allocate a group address of a string or array to which the respective individual solar module panels are connected, and send an emergency stop or operation restart control command to the group address through the mesh network. As the control message is transmitted in multi-path, a separate gateway or Internet-based communication is not required, and the mesh network applies a quality-of-service (QoS) protocol that guarantees the priority of packet delivery on the network. Emergency stop command is transmitted with high priority, and monitoring data including voltage, current, power, amount of power, and operation status is transmitted with low priority, so that the emergency stop command is always delivered with priority over the monitoring data on the mesh network. Distributed module-level solar power generation monitoring and control system based on a decentralized wireless mesh network with
제1항에 있어서,
상기 제어처리부는 상기 이상조건발생 또는 해제에 따라 상기 온/오프 스위치를 개폐하고 상기 바이패스회로부를 스위칭하도록 상기 온/오프 스위치 및 바이패스회로부에 비상정지 또는 동작재개 제어명령을 인가하여 제어하는 것을 특징으로 하는 비중앙적 무선 메쉬 네트워크 기반 분산형 모듈 레벨 태양광 발전 감시제어 시스템
According to claim 1,
The control processing unit controls by applying an emergency stop or operation restart control command to the on/off switch and the bypass circuit unit to open and close the on/off switch and switch the bypass circuit unit according to the occurrence or release of the abnormal condition Distributed module-level solar power generation monitoring and control system based on decentralized wireless mesh network
제1항에 있어서,
상기 제어처리부는 상기 이상조건발생이 해제된 경우 일정시간 경우 후, 동작재개 제어명령을 인가하여 제어하는 것을 특징으로 하는 비중앙적 무선 메쉬 네트워크 기반 분산형 모듈 레벨 태양광 발전 감시제어 시스템
According to claim 1,
The control processing unit applies a control command to resume operation after a certain period of time when the occurrence of the abnormal condition is released, and controls the distributed module level solar power generation monitoring and control system
제1항에 있어서,
상기 아크폴트검출부는 상기 전류검출부에서 검출된 직류 전류를 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 기본파 성분 및 고조파 성분을 추출하고 특정 고조파 성분의 비율이 추출된 기본파 성분 대비 미리 설정된 비율 이상인 경우 아크폴트로 감지하여 상기 온/오프 스위치를 차단하도록 상기 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT) 및 상기 아크폴트 감지알고리즘이 상기 제어처리부에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 비중앙적 무선 메쉬 네트워크 기반 분산형 모듈 레벨 태양광 발전 감시제어 시스템
According to claim 1,
The arc fault detection unit extracts a fundamental component and a harmonic component by fast Fourier transform (FFT) of the DC current detected by the current detection unit, and the ratio of a specific harmonic component is greater than or equal to a preset ratio compared to the extracted fundamental component Decentralized wireless mesh network base, characterized in that the Fast Fourier Transform (FFT) and the arc fault detection algorithm are performed by the control processing unit so as to detect an arc fault and block the on/off switch Distributed module level solar power generation monitoring and control system
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