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KR-20260061961-A - Device and method for supporting diagnosis and compensation of deterioration of power capacitors

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Abstract

전력용 커패시터의 열화 진단 및 보상을 지원하는 장치 및 방법이 개시된다. 태양광 인버터에 포함된 전력용 커패시터의 열화에 대한 진단과 보상을 하는 열화 진단 보상 장치는 커패시터의 정전용량을 기반으로 열화 상태를 진단하는 열화 진단부 및 커패시터가 열화된 상태인 경우, 열화로 인해 감소된 정전용량을 기반으로 필요용량을 보상하는 열화 보상부를 포함한다.

Inventors

  • 윤용호
  • 정준호

Assignees

  • 광주대학교산학협력단
  • 주식회사 에스엠전자

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (8)

  1. 태양광 인버터에 포함된 전력용 커패시터의 열화에 대한 진단과 보상을 하는 열화 진단 보상 장치에 있어서, 상기 커패시터의 정전용량을 기반으로 열화 상태를 진단하는 열화 진단부; 및 상기 커패시터가 열화된 상태인 경우, 상기 열화로 인해 감소된 정전용량을 기반으로 필요용량을 보상하는 열화 보상부; 를 포함하는 열화 진단 보상 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 열화 진단부는, 상기 태양광 인버터의 전압을 감시하면서 해당 전압이 기 설정된 전압 이하로 전압이 낮아지면 상기 커패시터의 정전용량이 측정되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 열화 진단 보상 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 열화 진단부는, 상기 측정된 커패시터의 정전용량과 상기 커패시터의 초기 정전용량을 비교하여 상기 필요용량을 산출하고, 상기 산출된 필요용량을 기반으로 상기 커패시터의 열화 상태를 복수의 등급으로 구분하는 것을 특징으로 하는 열화 진단 보상 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 열화 관련 진단과 보상에 대한 정보를 모니터링하는 모니터링부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열화 진단 보상 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 모니터링부는, 상기 커패시터의 열화 상태를 기반으로 상기 커패시터의 수명을 예측하고, 상기 예측된 수명과 상기 태양광 인버터의 평균 온도를 기반으로 상기 커패시터의 폭발 위험성을 산출하며, 상기 필요용량에 대한 미보상된 경우에서 상기 태양광 인버터의 효율을 예측하고, 상기 예측된 태양광 인버터의 효율과 상기 보상된 태양광 인버터의 효율을 비교하여 효율 차이를 산출하며, 상기 산출된 효율 차이와 유지보수 비용을 이용하여 이득 관련 기대비용을 산출하고, 상기 산출된 수명, 폭발 위험성 및 기대비용 중 적어도 하나를 이용하여 모니터링 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 열화 진단 보상 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 모니터링부는, 상기 수명, 상기 폭발 위험성 및 상기 기대비용 중 적어도 하나를 이용하여 상기 태양광 인버터의 교체 시점을 산출하고, 상기 산출된 교체 시점을 상기 모니터링 정보에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열화 진단 보상 장치.
  7. 태양광 인버터에 포함된 전력용 커패시터의 열화에 대한 진단과 보상을 하는 열화 진단 보상 장치에 의해 수행되는 열화 진단 보상 방법에 있어서, 상기 커패시터의 정전용량을 기반으로 열화 상태를 진단하는 단계; 및 상기 커패시터가 열화된 상태이면, 상기 열화로 인해 감소된 정전용량을 기반으로 필요용량을 보상하는 단계; 를 포함하는 열화 진단 보상 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 열화 관련 진단과 보상에 대한 정보를 모니터링하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열화 진단 보상 방법.

Description

전력용 커패시터의 열화 진단 및 보상을 지원하는 장치 및 방법{Device and method for supporting diagnosis and compensation of deterioration of power capacitors} 본 발명은 커패시터의 성능 향상 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 인버터에서 사용되는 전력용 커패시터의 열화를 진단하고, 보상하는 전력용 커패시터의 열화 진단 및 보상을 지원하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 태양광 인버터는 태양광 모듈의 직류(DC)를 가전제품에서 사용하거나, 그리드(Grid)에 공급할 수 있는 교류(AC)로 변환하는 장치이다. 이는 모든 태양광 발전 시스템의 필수 구성 요소이지만 수명이 제한되어 있으며, 시간이 지남에 따라 성능이 저하될 수 있다. 특히 태양광 인버터의 내부 온도는 작동 성능과 지속 시간에 영향을 미쳐 내부 온도가 높을수록 성능을 저하하고, 수명을 단축하는 요인이 된다. 내부의 많은 구성 요소 중 전력용 커패시터는 태양광 인버터의 중요한 부품이지만 온도 변화에 민감하여 주변 온도가 10℃ 올라갈 때마다 커패시터의 수명은 절반으로 줄어들 정도로 영향을 많이 받는다. 따라서 커패시터의 수명을 늘리기 위한 연구가 필요한 실정이다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열화 진단 보상 시스템을 설명하기 위한 구성도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열화 진단 보상 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제어부를 설명하기 위한 블록도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 열화 상태를 나타내는 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 효율을 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열화 진단 보상 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 열화 진단 과정을 상세하게 설명하기 위한 순서도이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 본 명세서 및 도면(이하 '본 명세서')에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 또한 본 명세서에서, 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. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다. 또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다. 또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열화 진단 보상 시스템을 설명하기 위한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 열화 진단 보상 시스템(300)은 태양광 인버터(I)에서 사용되는 전력용 커패시터의 열화를 진단하고, 보상하여 성능과 수명을 향상시켜준다. 여기서 태양광 인버터(I)는 태양광 발전 시스템(미도시)에서 사용되는 태양광 모듈의 직류를 부하(예: 가전제품 등)에서 사용하거나, 그리드에 공급할 수 있는 교류로 변환시켜주는 장치를 의미한다. 열화 진단 보상 시스템(400)은 열화 진단 보상 장치(100), 태양광 인버터(200) 및 사용자 단말(300)을 포함한다. 열화 진단 보상 장치(100)는 태양광 인버터(I)에 포함된 전력용 커패시터(미도시)의 열화 상태를 진단하고, 진단된 결과를 기반으로 보상을 수행한다. 이를 위해 열화 진단 보상 장치(100)는 태양광 인버터(I)에 포함될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 열화 진단 보상 장치(100)는 커패시터의 정전용량을 기반으로 열화 상태를 진단할 수 있다. 열화 진단 보상 장치(100)는 커패시터에 열화가 발생되었다고 진단되면 커패시터의 열화에 의한 정전용량의 감소량을 산출하고, 산출된 감소량에 해당하는 필요용량을 보상하여 커패시터가 정상 상태에서의 성능을 발휘할 수 있도록 지원한다. 또한 열화 진단 보상 장치(100)는 커패시터의 열화 관련 진단과 보상에 대한 정보를 모니터링하고, 모니터링된 결과를 이용하여 모니터링 정보를 생성한다. 열화 진단 보상 장치(100)는 생성된 모니터링 정보를 사용자 단말(200)로 전송한다. 사용자 단말(200)은 사용자(또는 관리자)가 사용하는 단말로써, 원격에서 태양광 인버터(I)의 열화 상태를 모니터링한다. 사용자 단말(200)은 열화 진단 보상 장치(100)로부터 모니터링 정보를 수신하고, 수신된 모니터링 정보를 출력하여 사용자가 해당 정보를 확인할 수 있도록 도와준다. 사용자 단말(200)은 사용자가 모니터링 정보를 직관적으로 확인할 수 있는 사용자 인터페이스(UI)를 제공할 수 있다. 한편 열화 진단 보상 시스템(300)은 열화 진단 보상 장치(100) 및 사용자 단말(200) 사이에 통신망(350)이 구축되어 서로 간의 통신이 이루어지도록 지원할 수 있다. 통신망(350)은 백본망과 가입자망으로 구성될 수 있다. 백본망은 X.25 망, Frame Relay 망, ATM망, MPLS(Multi-Protocol Label Switching) 망 및 GMPLS(Generalized Multi-Protocol Label Switching) 망 등 중에 하나 또는 복수의 통합된 망으로 구성될 수 있다. 가입자망은 FTTH(Fiber To The Home), ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line), 케이블망, 지그비(zigbee), 블루투스(bluetooth), Wireless LAN(IEEE 802.11b, IEEE 802.11a, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n), Wireless Hart(ISO/IEC62591-1), ISA100.11a(ISO/IEC 62734), CoAP(Constrained Application Protocol), MQTT(Message Queuing Telemetry Transport), WIBro(Wireless Broadband), Wimax, 3G, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), 4G, 5G 및 6G 등일 수 있다. 일부 실시예로, 통신망(350)은 인터넷망일 수 있고, 이동 통신망일 수 있다. 또한 통신망(350)은 기타 널리 공지되었거나 향후 개발될 모든 무선통신 또는 유선통신 방식을 포함할 수 있다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열화 진단 보상 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 열화 진단 보상 장치(100)는 통신부(10), 센서부(20), 제어부(30), 보상 모듈(40) 및 저장부(50)를 포함한다. 통신부(10)는 사용자 단말(200)과의 통신을 수행한다. 통신부(10)는 모니터링 정보를 사용자 단말(200)로 전송하여 사용자 단말(200)에서 모니터링 정보가 출력되도록 지원한다. 센서부(20)는 태양광 인버터(I)의 전압을 상시적으로 측정한다. 또한 센서부(20)는 태양광 인버터(I)에 포함된 전력용 커패시터의 정전용량을 측정한다. 센서부(20)는 측정된 태양광 인버터(I)의 전압과 커패시터의 정전용량을 전달한다. 또한 센서부(20)는 태양광 인버터(I)의 온도를 측정할 수 있다. 제어부(30)는 열화 진단 보상 장치(100)의 전반적인 제어를 수행한다. 제어부(30)는 센서부(20)로부터 측정된 태양광 인버터(I)의 전압이 기 설정된 전압 이하로 전압이 낮아지면 커패시터의 정전용량이 측정되도록 제어한다. 이때 제어부(30)는 측정된 커패시터의 정전용량과 커패시터의 초기 정전용량을 비교하여 열화 상태를 진단한다. 초기 정전용량은 커패시터가 처음 사용될 시점에서의 정전용량을 의미한다. 제어부(30)는 커패시터에 열화가 있다고 판단되면 열화로 인해 감소된 정전용량의 감소량에 해당하는 필요용량이 보상되도록 보상 모듈(40)을 제어한다. 필요용량은 커패시터가 열화 상태가 아닌 정상 상태의 구동을 할 수 있도록 하는 전하의 최소 용량을 의미한다. 또한 제어부(30)는 커패시터에 열화가 없다고 판단되면 필요용량을 보상하는 과정을 수행하지 않도록 제어한다. 제어부(30)는 커패시터의 열화 관련 진단과 보상에 대한 정보 및 태양광 인버터(I)의 온도를 기반으로 모니터링 정보를 생성한다. 제어부(30)는 생성된 모니터링 정보가 사용자 단말(200)로 전송되도록 제어한다. 보상 모듈(40)은 제어부(30)에 의해 제어되며, 커패시터에 필요용량을 보상한다. 즉 보상 모듈(40)은 커패시터의 열화로 인해 부족한 용량을 지원하여 정상 상태에서의 커패시터 구동이 될 수 있도록 도와준다. 여기서 보상 모듈(40)은 릴레이(미도시