KR100813663B1 - Power quality data acquisition system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력설비 운영에 대한 전기의 품질을 측정하여 네트워크 기반의 감시자에게 이상상황을 즉각 통보하여 알람경보를 발생하게 함으로써 실시간 전기품질의 감시와 함께 부하특성을 파악하도록 하는 이상상태 알람기능을 갖는 네트워크 기반의 전기품질 측정 장치에 관한 것이다.The present invention has an abnormal state alarm function to determine the load characteristics along with real-time monitoring of electrical quality by measuring the quality of electricity for the operation of the power equipment to immediately notify the network-based monitor of the abnormal situation to generate an alarm alarm. It relates to a network-based electrical quality measurement device.
산업기술이 발달함에 따라 전력품질에 민감한 장비들이 속속 등장하고 정전압유지 및 전력 보상기기들이 출시되고 있는 시점에서 실제적인 전기의 품질을 측정하는 장비는 레코딩 방식의 원시적인 방식으로 감시하고 있다.With the development of industrial technology, equipment that is sensitive to power quality has emerged one after another, and constant voltage and power compensators are being introduced.
실제 반도체 생산공장, 섬유 생산공장, 도금공장 같이 일정한 규칙에 의하여 물품을 생산하는 공장에서는 전기의 품질에 따라 생산되는 제품의 품질의 등급이 좌지우지되는 경우가 많아, 이러한 공장에 전력 공급을 담당하고 있는 업체에서는 원시적인 아날로그 레코딩 방식의 전기품질측정 장치보다는 보다 실용적이고 획기적인 방법으로 전기의 품질을 측정하고 이상상태 발생 시 일종의 알람정보를 발생하는 장치의 필요성이 대두되고 있다. In fact, factories that produce goods according to certain rules, such as semiconductor production plants, textile production plants, and plating factories, are often in charge of supplying power to these factories. In the industry, there is a need for a device that measures the quality of electricity in a more practical and innovative way than a primitive analog recording type electric quality measuring device and generates some kind of alarm information when an abnormal condition occurs.
기존의 아날로그 방식의 전기품질 기록장치는 단순 rms(실효값)을 시간단위로 레코딩하는 방식으로써, 이러한 방식은 전기품질의 저하로 현재 전력설비의 동작상황을 정확하게 판단할 수 없으며, 최근의 전력기기들은 60Hz 기준으로 3~4주기 SAG(순간전압강하)가 발생하게 되면 마이크로 프로세서가 다운되는 현상이 발생하거나, 모터의 회전에 영향을 미치게 되어 대량생산이 되는 라인의 공장이나 정밀을 요하는 제품의 생산현장에 막대한 피해를 입히고 있다.Conventional analogue quality recorders record simple rms (effective value) in units of time, and this method cannot accurately determine the current operating conditions of power facilities due to deterioration of electrical quality. When the 3 ~ 4 cycle SAG (instantaneous voltage drop) occurs at 60Hz, they cause the microprocessor to go down or affect the rotation of the motor. It is causing huge damage to the production site.
본 발명의 전기품질 측정장치는 샘플링 주파수가 높고 레졸루션이 높은 아나로그 디지털형 변환기를 사용하여 감시하고자하는 전기품질의 데이터를 최대한 확보하고, 실시간 실효값 계산 및 이상상태를 설정하는 기능을 부가하여 정상적인 전압의 경우는 기존의 방식과 같이 레코딩 및 분석을 실시하고 이상상태가 발생하는 경우에는 실제 파형을 저장하여 이상상태를 자동 분석하는 알고리즘으로 동작하도록 하는 한편 네트워크 기반의 시스템을 운영하여 이상 상태의 상황을 다른 곳에서 인지할 수 있도록 전기품질을 감시하는 감시자의 컴퓨터에 알람창을 띄우고 알람 경보를 발생하여, 현재 발생되는 이상상황을 알리도록 함으로써 실시간 전기품질의 감시와 함께 부하특성을 파악하도록 하는 이상상태 알람기능을 갖도록 하는 것이다. The electrical quality measuring apparatus of the present invention uses an analog digital converter with a high sampling frequency and high resolution to maximize the data of electrical quality to be monitored, and adds a function for calculating real-time effective value and setting an abnormal state. In the case of voltage, recording and analysis is performed as in the conventional method, and when an abnormal condition occurs, it operates as an algorithm that automatically analyzes the abnormal condition by storing the actual waveform and operates a network-based system. An alarm window is displayed on the computer of the supervisor who monitors the electrical quality so that it can be recognized elsewhere, and an alarm alarm is generated to inform the current situation of abnormality. It is to have a status alarm function.
본 발명은 기존의 전기품질 측장치에서 이상상태를 감지할 수 있도록 트리거 레벨을 설정할 수 있도록 하는 한편 네트워크 기반으로 원격지에서 측정장치의 상황을 실시간으로 감시할 수 있도록 하여 이상상황 발생 시 감시자의 모니터에 실시간으로 이상상태의 내용을 별도의 화면으로 표시하고 알람경보를 작동할 수 있도록 하는 전기품질 측정장치를 제공하는 것으로, 능동 필터 만으로 보상이 어려운 높은 주파수 성분의 고조파전류가 많이 발생하는 부하가 많은 20[kVA]정도의 소용량 전력 수요가에서 사용이 적합하다. The present invention enables to set the trigger level to detect the abnormal state in the existing electrical quality side device, and to monitor the status of the measuring device in real time remotely based on the network to monitor the monitor when the abnormal situation occurs It is an electric quality measuring device that displays the contents of abnormal conditions in a separate screen in real time and enables alarm alarms.It is a load that generates a lot of harmonic currents with high frequency components that are difficult to compensate only by active filters. It is suitable for use at small power demand of about [kVA].
본 발명은 전력설비 운영에 대한 전기의 품질을 측정하여 네트워크 기반의 감시자에게 이상상황을 즉각 통보하여 알람경보를 발생하는 것으로, 실시간 전기품질의 감시를 할 수 있음은 물론 시간대별, 주일별, 월별, 계절별 등 연간 부하 특성 파악 가능이 효과가 있으며, 전기품질 상태의 감시로 전력 보상장치 설계의 기준을 마련할 수 있게 된다.The present invention measures the quality of electricity for the operation of the power facility to immediately notify the network-based monitor of the abnormal situation to generate an alarm alarm, it is possible to monitor the real-time electricity quality, as well as time, weekly, monthly It is effective to grasp the annual load characteristics, such as season and season, and it is possible to establish the standard of power compensation device design by monitoring the electric quality.
본 발명의 전기 품질 측정장치(100)는 다수 개가 도 1에 도시된 바와 같이 네트워크(110)에 각각 연결되어 있고, 상기 네트워크(110)에는 다수의 감시자(120)가 연결되어 있게 되는 것으로, 본 발명의 측정장치(100)는 네트워크(110)에 결합되어 측정데이터를 서버로 전송하므로 네트워크의 부하 증가는 시키게 되는 클라이언트로 작동하지 않고, 해당 IP에만 필요한 데이터 전송으로 네트워크의 부하를 감소시키는 서버로 작동시킨다.The electrical
즉 각각의 측정장치(100)는 네트워크(110)에 연결되어 서버로 작동하게 되어 감시자(120)는 네트워크(110)에 연결한 상태에서 IP를 이용하여 필요한 측정장치(100)를 감시할 수 있게 되므로, 시간과 장소에 구애받지 않고 측정 확인이 가능한 동시에 역으로 측정장치(100)로부터의 이상상황을 알람으로 확인 받을 수 있다.That is, each
본 발명의 측정장치(100)는 입력신호의 손실 없이 입력 임피던스를 높인 입력장치(10)를 구비하고, 상기 입력장치(10)의 입력을 높은 레졸루션으로 데이터 변환시키는 A/D 변환장치(20)를 구비하며, 상기 A/D 변환장치(20)의 입력을 연산하고 저장하는 한편 네트워크(110)를 통한 입력에 따라 측정결과를 전송하며 이상 상황시 알람신호를 전송하는 프로세서(30)를 구비함으로써 이루어지게 된다.The
이러한 측정장치(100)에 대한 상세 구성은 도 2에 도시된 바와 같다.The detailed configuration of the
즉 본 발명의 측정장치(100)를 구성하는 입력장치(10)는 변압기의 2차측 입력을 인가 받는 입력변환장치(11)와 필터(12)로 이루어지게 되고, 상기 입력장치(10)에서 변환된 입력은 A/D 변환장치(20)를 통한 후 프로세서(30)로 인가되게 되며, 상기 프로세서(30)는 연산장치(31)와 저장장치(32)및 네트워크 장치(33)로 이루어지게 된다.That is, the
여기서 입력변환장치(11), 필터(12), A/D변환장치(20), 프로세서(30) 등에는 배터리의 안정된 전원이 공급되게 하여 측정에 변수가 나타나지 않도록 하고, 상기 배터리 전원은 각 변전소에 비치되어 있는 것을 이용하도록 하며, 이러한 배터리 전원은 상시 일정 전원이 유지되게 관리되므로, 본 발명과 같은 측정장치(100)의 구동전원으로 사용하기에 적합하다.Herein, the
이러한 본 발명의 작동을 도 3의 순서도를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention with reference to the flow chart of Figure 3 as follows.
먼저 배터리의 전원을 공급하여 측정장치(100)가 정상적으로 공급될 수 있도록 하고, 상기 전원은 안정된 배터리 전원을 이용하도록 하되 필요한 경우 상용전원을 전압 다운시킨 후 정류시켜 사용하여도 무방하나, 이 경우는 안정된 전압이 유지될 수 있도록 하여야 측정장치(100)에서 정확한 측정이 이루어지게 된다.First, supply the battery power so that the
배터리의 전원이 동작전원으로 입력된 후에는 변압기의 이차측 전압을 입력 시키게 되고, 이러한 변압기의 이차측 전압은 입력변환장치(11)에서 전압변환을 시키게 되는 것으로, 입력변환장치(11)는 입력 임피던스가 무한대에 가까운 오피앰프를 사용하여 입력신호의 손실 없이 측정되도록 하는 한편 차동 입력장치를 사용하여 단락의 위험성을 배제 받도록 하며, A/D변환장치(20)의 입력레벨에 맞도록 전압변환을 시킨다.After the battery power is input to the operating power, the secondary voltage of the transformer is inputted, and the secondary voltage of the transformer is converted by the
입력변환장치(11)에서 전압변환이 이루어진 신호는 측정의 신뢰도를 높이기 위한 불필요한 신호를 제거하는 필터(12)를 통과시킨 후 A/D변환장치(20)로 입력되게 하고, 상기 필터(12)는 상용 주파수의 측정 및 고조파/저주파 측정을 위하여 DC 입력은 제거하도록 한다.The signal subjected to voltage conversion in the
필터(12)를 거친 측정입력은 A/D변환장치(20)를 거쳐 디지털 데이터로 변환시키도록 하되 상기 A/D변환장치(20)는 24비트의 높은 레졸루션으로 구현하는 한편 10㎲ 대역의 높은 샘플링 주파수(1600/1cycle(@60Hz)로 고주파/고조파 데이터의 취득이 가능하도록 한다.The measurement input through the
이렇게 A/D변환장치(20)에서 변환된 디지털 데이터는 연산장치(31)로 입력되게 하고, 이때 감시자(120)는 네트워크 장치(33)를 통하여 ID와 패스워드의 확인을 한 후 트리거 레벨을 설정하도록 하며, 감시자가 사용자 인증을 받고 설정되는 트리거 레벨은 측정장치(100)에서 측정하는 항목의 이상을 설정하기 위한 기준레벨을 설정하게 되는 것으로, 기존 방식과 차이가 나는 부분이다.The digital data converted by the A /
즉 기존의 전기 품질 측정 장치는 세트 제작 시 트리거 레벨을 미리 설정하여 주면 변경시킬 수 없는 것으로, 수시로 변화되는 상황에 능동적으로 대처할 수 없으나, 본 발명은 네트워크(110)를 이용하여 감시자(120)가 원격지에서 측정장치(100)에 접속하여 사용자 인증을 받은 후 트리거 레벨을 설정할 수 있는 것으로, 측정 항목의 능동적인 측정이 가능한 것이다.That is, the existing electrical quality measuring device cannot be changed when the trigger level is set in advance when the set is manufactured, and cannot actively cope with a situation that changes frequently, but the present invention uses the
이 같이 입력신호를 A/D변환장치(20)에서 디지털 데이터로 변환시킨 후에는 감시자(120)가 설정한 트리거 레벨과 연산장치(31)에서 비교하여 이상레벨이 검출되는 가를 판단하고, 이상레벨이 검출되면 그때의 파형을 저장장치(32)에 저장되게 하며, 이상레벨이 검출되지 않으면 연산을 한 후 저장장치(32)에 연산결과를 저장하도록 한다.After the input signal is converted into digital data by the A /
여기서 연산장치(31)는 트리거 레벨을 기준으로 하여 연산을 수행하게 되는 것으로, 3GHz 이상의 CPU사용으로 고속 연산이 가능하게 하고, 윈도우 비교 알고리즘을 적용한 연산이 가능하게 하는 것으로, 본 발명에서는 비교 알고리즘으로 측정 이전 주기와 현재측정을 한 개의 창안에서 비교하듯 겹쳐서 비교하도록 함으로써 연산의 효율성을 높이도록 한다.In this case, the
이러한 연산장치(31)에서 수행하는 기능은 실효값 연산 및 트리거링, 피크값 연산 및 트리거링, 왜형율 연산과 트리거링, 주파수 연산과 트리거링, 각 기능 1초간 평균 및 최대, 최소값 연산, 1분간 최대 최소 평균값 연산을 수행하게 되며, 본 발명의 연산장치(31)에서 실효값과 피크값을 별도로 비교하는 이유는 서지와 같은 파형은 발생 주기가 짧아서 실제 실효값에 큰 영향을 주지 않지만 전기품질을 저해하는 요소이기 때문에 별도로 비교하여 연산이 이루어지도록 하고 있다.Functions performed by the
그리고 본 발명의 저장장치(32)는 내부 대용량의 하드 디스크 드라이버를 채 용하는 한편 외부 DVD 램을 이용하여 백업이 이루어지게 하거나, USB를 이용하여 백업이 이루어지게 하며, 정상적인 범위 안의 계측데이터와 이상 트리거 된 데이터를 분리 저장시키도록 한다.In addition, the
이러한 저장장치(32)에는 1분간의 실효값, 피크값, 왜형율, 주파수의 평균값을 저장하는 한편 트리거된 파형을 데이터 별로 별도 저장 되도록 한다.The
한편 본 발명에서 입력 데이터를 트리거 레벨과 비교하여 이상레벨이 검출되지 않을 경우 저장장치(32)에 저장이 이루어지는 동시에 접속 IP를 체크하여 네트워크 장치(33)를 통하여 감시자(120)의 접속이 있는가를 판단한 후 접속 IP가 없는 경우(감시자의 접속이 없는 경우)에는 입력 데이터를 트리거 레벨과 비교하여 이상레벨을 검출하여 저장하는 과정을 반복하도록 하고, 상기에서 접속 IP가 있는 경우(감시자의 접속이 있는 경우)에는 이상 데이터를 저장장치(32)에 저장시키는 동시에 네트워크(110)를 통하여 감시자(120)에게 데이터 전송이 이루어지도록 한다.On the other hand, in the present invention, when the abnormal level is not detected by comparing the input data with the trigger level, the storage is stored in the
그리고 본 발명에서 입력 데이터를 트리거 레벨과 비교하여 이상레벨이 검출되는 경우 저장장치(32)에 파형을 저장시키는 동시에 접속 IP를 체크하여 네트워크 장치(33)를 통하여 감시자(120)의 접속이 있는가를 판단한 후 접속 IP가 없는 경우(감시자의 접속이 없는 경우)에는 입력 데이터를 트리거 레벨과 비교하여 이상레벨을 검출하여 저장하는 과정을 반복하도록 하고, 상기에서 접속 IP가 있는 경우(감시자의 접속이 있는 경우)에는 네트워크(110)를 통하여 감시자(120)에게 데이터 전송과 알람경보가 이루어지도록 함으로써, 감시자(120)에게 알람으로 이상이 발생하였음을 알리도록 한다.In the present invention, when the abnormal level is detected by comparing the input data with the trigger level, the waveform is stored in the
여기서 본 발명의 네트워크 장치(33)는 범용 TCP/IP 프로토콜을 이용한 데이터 전송이 이루어지게 하는 한편 현장의 측정데이터를 서버로 운용하여 감시자가 접속하고 있는 경우에만 데이터 전송과 알람전송이 이루어지게 함으로써 데이터 전송량 감소로 네트워크 부하가 감소하도록 하며, 이러한 네트워크 장치(33)는 감시자(120)의 접속 IP를 자동으로 검출하는 기능을 수행하는 한편 감시자(120)의 서버 설정 변경 시 비밀번호를 입력하여 변경할 수 있도록 한다.In this case, the network device 33 of the present invention enables data transmission using a general-purpose TCP / IP protocol, while operating data of a field as a server to perform data transmission and alarm transmission only when a supervisor is connected. The network load is reduced by reducing the transmission amount, and the network device 33 performs a function of automatically detecting the access IP of the
본 발명에 의한 감시 프로그램 블록도는 도 4에 도시된 바와 같다.The monitoring program block diagram according to the present invention is as shown in FIG.
도 1은 본 발명의 블록도1 is a block diagram of the present invention
도 2는 본 발명의 상세 회로도2 is a detailed circuit diagram of the present invention.
도 3은 본 발명의 흐름도3 is a flow chart of the present invention
도 4는 본 발명의 감시 프로그램 블록도4 is a block diagram of the monitoring program of the present invention.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]
10 : 입력장치 11 : 입력변환장치10: input device 11: input conversion device
12 : 필터 20 : A/D 변환장치12 filter 20 A / D converter
30 : 프로세서 31 : 연산장치30
32 : 저장장치 33 : 네트워크 장치32: storage device 33: network device
100 : 측정장치 110 : 네트워크100: measuring device 110: network
120 : 감시자120: watcher
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