KR100380308B1

KR100380308B1 - 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치

Info

Publication number: KR100380308B1
Application number: KR10-2000-0075690A
Authority: KR
Inventors: 이우영; 박경엽; 송기동; 이병윤; 정진교; 오연호
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2000-12-12
Filing date: 2000-12-12
Publication date: 2003-04-16
Also published as: KR20020046105A

Abstract

본 발명에 따른 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치는, 복수의 외부 환경 변수 신호들을 입력받아 순차화 처리하여 전송하는 멀티플렉서; 멀티플렉서로부터의 아날로그 신호를 입력받아 디지털 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환기; 아날로그/디지털 변환기로부터의 입력신호와 미리 조사된 데이터를 바탕으로 학습 과정을 통해 함수화 처리하는 신경회로망; 신경회로망으로부터의 출력신호를 입력받아 원하는 제어목표의 달성을 위한 동작 지연 시간을 결정하는 연산기; 외부로부터 입력되는 신호에 동기하여 펄스 신호를 발생하는 동기신호 발생기; 동기신호 발생기로부터의 펄스 신호를 입력받아 기준시점으로부터 시간을 증가시키는 타이머; 연산기로부터의 출력신호와 타이머로부터의 출력신호를 비교하여 상응하는 신호를 출력하는 비교기; 및 비교기의 출력신호에 따라 제어 대상의 차단기를 개폐하는 차단기 개폐수단을 포함한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 제어 대상 차단기의 다양한 주변 환경 변화에 대하여 능동적으로 대처하여 차단기의 개폐시점을 적절히 제어하므로, 전력 계통에서의 과도 전압 발생을 억제하고, 기기의 수명을 연장할 수 있는 장점이 있다.

Description

신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치{SWITCHING ON/OFF CONTROL SYSTEM FOR SYNCHRONOUS CIRCUIT BREAKER USING NEURAL NETWORK}

본 발명은 차단기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 제어대상 차단기의 동작 특성 데이터를 이용한 신경회로망의 학습에 의해, 변수들과 차단기의 동작 시간과의 관계를 함수화하여 보상 시간을 연산하고, 그것을 차단기의 개폐제어에 반영함으로써, 제어에 사용되는 외부 환경 변수들의 폭을 넓힐 수 있고, 그 결과 제어 결과의 신뢰성을 증진시킬 수 있는 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치에 관한 것이다.

종래의 차단기 개폐제어 기술로서 한 개 혹은 두 개 정도의 변수에 대한 차단기의 개폐특성 변화를 보상하는 적응 제어(adaptive control) 기술이 선을 보이고 있다. 그러나, 이와 같은 적응 제어 기술은 고려해야 할 변수의 수가 많아지게 되는 경우, 연산이 복잡해지고, 그에 따른 연산 시간이 길어져 대표적인 외부 환경 변수들을 제한적으로 고려하여 보상을 수행할 수 밖에 없다. 따라서, 제어 결과에 대한 신뢰도가 낮고, 외부 환경 변수들을 제한적으로 고려함에 따라 외부 환경에 대한 영향을 쉽게 받아 차단기의 차단 성능이 저하되며, 차단기의 전기적 수명이 단축되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 제어대상 차단기의 동작 특성 데이터를 이용한 신경회로망의 학습에 의해, 변수들과 차단기의 동작 시간과의 관계를 함수화하여 보상 시간을 연산하는 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치의 개략적인 시스템 구성도.

도 2는 도 1의 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치의 신경회로망의 입/출력단의 구성을 보여주는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치에 의한 차단기 개폐 제어 동작시 입출력되는 신호를 나타내 보인 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101...멀티플렉서 102...아날로그/디지털 변환기

103...신경회로망 104...연산기

105...동기신호 발생기 106...타이머

107...비교기 108...차단기 개폐수단

109...사이리스터(SCR) 드라이버 110...사이리스터

111...비상용 수동 스위치 120...트립(클로징) 코일

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치는, 차단기 동작특성에 영향을 미치는 복수의 외부 환경 변수들, 즉 주변온도(T), 조작기 제어전압(V), 조작기 압력(P) 및 조작간 시간 간격() 등을 입력받아 타임 쉐어링(time sharing) 방식에 의해 순차적으로 한 개의 입력신호를 출력단으로 전송하는 멀티플렉서; 상기 멀티플렉서로부터 출력된 아날로그 신호를 입력받아 디지털 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환기; 외부 환경변수와 차단기 동작시간의 변위정도에 대하여 측정된 대표적 차단 동작 특성의 샘플 데이터로 학습되어 상기 아날로그/디지털 변환기로의 출력신호에 대하여 차단기 동작시간의 변위를 얻기 위한 신경회로망; 상기 신경회로망으로부터의 출력신호, 즉 주어진 동작환경에 대해 이진법의 논리상태 값으로 표현된 차단기 동작시간의 변위값을 입력받아 원하는 제어목표의 달성을 위한 동작 지연 시간을 결정하는 연산기; 외부로부터 입력되는 신호에 동기하여 하나의 펄스 신호를 발생하는 동기신호 발생기; 상기 동기신호 발생기로부터 발생된 펄스 신호를 입력받아 기준시점으로부터 시간을 증가시키는 타이머; 상기 연산기로부터의 출력신호와 상기 타이머로부터의 출력신호를 비교하여 상응하는 신호를 출력하는 비교기; 및 상기 비교기의 출력신호에 따라 제어 대상의 차단기를 개폐하는 차단기 개폐수단을 포함한다.

여기서, 상기 차단기 개폐수단은 제어대상의 차단기의 트립(클로징) 코일을 온/오프 시키기 위한 스위칭 소자와, 그 스위칭 소자를 구동시키기 위한 스위칭 소자 드라이버로 구성된다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치의 개략적인 시스템 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치는 멀티플렉서(101), 아날로그/디지털 변환기(102), 신경회로망(103), 연산기(104), 동기신호 발생기(105), 타이머(106), 비교기(107), 차단기 개폐수단 (108)을 포함하여 구성된다.

멀티플렉서(101)는 외부로부터 입력된 환경 변수 신호들을 순차적으로 출력단과 연결시켜줌으로 복수의 입력신호들을 한 개의 아날로그/디지털 변환기에 의해 처리가 가능하도록 해준다. 이때, 상기 입력되는 환경 변수 신호들은 예를 들면, 외부온도(T), 차단기 조작전압(V), 조작기 압력(P), 그리고 조작간 시간간격() 등과 같은 아날로그 신호들로서, 타임 쉐어링(time sharing) 방식에 의해 각 입력변수들이 시리얼(serial) 형태로 전송되게 된다.

아날로그/디지털 변환기(102)는 멀티플렉서(101)로부터 출력되는 아날로그 신호를 입력받아 디지털 데이터로 변환한다.

신경회로망(103)은 앞서 제시된 외부 환경변수들과 차단기 동작시간(투입 혹은 차단) 변위정도()의 관계를 다음의 수학식 1과 같이 함수화한 것으로서, 아날로그/디지털 변환기(102)로부터의 입력신호에 대해 미리 조사된 이들과의 관계에 관한 샘플 데이터를 바탕으로 학습 과정을 통해 함수()화된 결과로부터 차단기 동작시간의 변위값이 출력되도록 처리한다. 이와 같은 신경회로망(103)은 도 2에 도시된 바와 같이, 그 입력단은 외부 변수들을, 그리고 출력단에는 8개의 노드를 사용하여 각 노드를 2ⁿ(n=0∼7)의 비트로 해당되게 설정한다. 여기서, 이 신경회로망(103)에 대해 조금 더 설명해 보기로 한다. 일반적으로, 신경회로망은 사람 뇌의 동작 유형을 본 떠 만든 함수 구현 시스템을 말한다. 신경회로망은 보통 병렬로 작동하는 많은 수의 프로세서들이 관여하는데, 각 프로세서는 서로 간의 연결 가중치에 따라 표현함수의 정보들이 출력되어진다. 신경회로망은 함수 관계를 가지는 입,출력 샘플 데이터들에 의한 학습과정을 통해 미리 학습된다. 이와 같은 신경회로망은 다양한 형태가 있지만, 본원 발명에서는 Back-propagation Network을 사용한다.

연산기(104)는 상기 신경회로망(103)으로부터의 출력신호를 입력받아 원하는 제어목표의 달성을 위한 동작 지연 시간을 결정한다. 제어목표의 동작 지연시간 ()은 동기 차단기의 적용 목적에 따라 달라지기 때문에 고정된 것은 아니지만, 정해진 목적에 대해서는 차단기의 동작시간과 전기적 특성(RDDS:차단기 접점간 내전압 특성)에 의해 다음과 같은 함수() 형태로 나타낼 수 있다. 아날로그/디지털 변환기의 출력 데이터들은 신경회로망을 통하여 차단기의 동작시간 변위값()으로 나타나고, 이 값이 연산기로 입력되어 상기 수학식 2를 거쳐 제어목표의 지연시간()이 출력된다. 신경회로망과 연산기는 DSP(Digital Signal Processor)를 통하여 구성하고 각 기능은 소프트웨어적으로 구현되어 진다.

동기신호 발생기(105)는 외부로부터 입력되는 신호에 동기하여 하나의 펄스 신호를 발생한다.

타이머(106)는 상기 동기신호 발생기(105)로부터 발생된 펄스 신호를 입력받아 기준시점(예컨대, 0으로 조정되어 있는 시점)으로부터 시간을 증가시킨다.

비교기(107)는 상기 연산기(104)로부터의 출력신호와 상기 타이머(106)로부터의 출력신호를 비교하여, 상응하는 신호를 출력한다.

차단기 개폐수단(108)은 상기 비교기(107)의 출력신호에 따라 제어 대상의 차단기를 개폐한다. 이 차단기 개폐수단(108)은 제어대상의 차단기의 트립(또는 클로징) 코일(120)을 온/오프 시키기 위한 스위칭 소자(110)와, 그 스위칭 소자(110)를 구동시키기 위한 스위칭 소자 드라이버(109)로 구성된다. 그리고, 바람직하게는 상기 스위칭 소자(110)에는 비상용 수동 스위치(111)가 스위칭 소자(110)와 병렬로 더 마련된다. 상기 스위칭 소자(110)로는 다양한 스위칭 소자가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 사이리스터(SCR)가 사용된다.

그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치의 동작에 대해 설명해 보기로 한다.

우선 제어의 목적에 적합한 상용주파수의 전류 또는 전압 신호가 외부로부터 동기신호 발생기(105)에 입력되면, 동기신호 발생기(105)는 입력신호가 영점과 만나는 시점마다 펄스 신호를 발생시킨다. 이 상태에서 차단기를 동작시키기 위하여 운전자(작업자)가 차단기의 외부 조작 스위치(SW1)를 온(ON) 시키면, 동기신호 발생기(105)로부터 발생되는 펄스 신호는 타이머(106)로 입력된다. 그러면, 타이머 (106)는 어떤 기준상태(예를 들면, 0으로 조정되어 있던 상태)로부터 시간을 증가시키게 된다. 증가되는 타이머(106)의 시간은 연산기(104)의 출력으로 결정되어지는 지연시간의 크기와 비교기(107)에 의해 비교되며, 비교기(107)는 두 시간의 크기가 동일하게 되는 시점에서 사이리스터 드라이버(109)의 구동을 위한 소정의 신호를 출력한다. 이렇게 하여 비교기(107)로부터 구동 신호를 입력받은 사이리스터 드라이버(109)의 구동에 따라 사이리스터(110)가 동작하고, 그 결과 차단기의 트립 코일(120)을 트리거시켜 원하는 시점에서의 차단기가 동작하게 된다.

한편, 차단기의 외부 환경 변수들, 예를 들면 외부 온도(T), 차단기 조작전압(V), 조작 압력(P), 조작간 시간 간격() 등의 변수들은 각각의 센서(미도시)를 통해 전압 신호로 변환되어 멀티플렉서(101)로 입력된다. 그러면, 멀티플렉서 (101)는 외부로부터 입력된 환경 변수 신호들을 시분할(time sharing) 방식에 의해 순차적으로 전송한다. 멀티플렉서(101)로부터의 출력신호(아날로그 신호)를 입력받은 아날로그/디지털 변환기(102)는 입력된 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하여 출력하고, 신경회로망(103)은 아날로그/디지털 변환기(102)로부터 출력된 디지털 데이터를 입력받아, 미리 조사된 샘플 데이터를 바탕으로 학습된 함수관계를 통해 차단기 조작시간 변위값을 연산기(104)로 출력한다. 그리고, 그 연산기(104)에 의해 원하는 제어목표를 달성하기 위한 동작 지연시간이 결정된다. 그리고, 이렇게 결정된 시간은 전술한 바와 같이 타이머(106)의 출력과 비교되어 최종적으로 차단기의 개폐 제어에 사용되는 것이다.

도 3은 이상과 같은 차단기 개폐 제어 동작시의 각 구성요소들에 입출력되는 신호를 나타내 보인 도면이다.

도 3에서, (a)는 동기신호 발생기(105)의 입력신호, (b)는 외부 차단기 (SW1)의 동작신호, (c)는 타이머(106)의 입력신호, (d)는 비교기(107)의 입력신호로서 (d-1)은 타이머(106)의 출력신호, (d-2)는 연산기(104)의 출력신호(차단기의 최소 동작 시간이 적용될 경우), (d-3)은 연산기(104)의 출력신호(차단기의 최대 동작 시간이 적용될 경우), (e)는 비교기 (107)의 출력신호, (f)는 사이리스터 드라이버(109)의 출력신호를 각각 나타낸다. 또한, t1은 외부 동작 지령신호에 대한 제어부의 대기시간, t2는 타이머 (106)에 의한 최소 지연시간, t3는 차단기의 최대 동작시간, t4는 타이머(106)에 의한 최대 지연시간, t5는 차단기의 최소 동작시간, t6는 외부 환경에 의한 차단기 동작시간의 가변 크기를 각각 나타낸다.

예컨대, 상기 동기신호 발생기(105)의 입력신호 (a)상의 임의의 시점 t1에서 외부 동작지령 신호(b)인 외부 조작 스위치(SW1)가 동작되면, 동작 후 첫 번째 입력신호의 영점에서 타이머(106)의 시작신호(c)인 펄스신호가 발생된다. 그리고, 이 시점부터 타이머(106)의 시간이 증가(d-1)되기 시작한다. 연산기(104)의 출력신호 (d-2) 혹은 (d-3)와 타이머(106)의 출력신호가 비교되어(d), 서로 같아지면 비교기 (107)의 출력신호(e)가 나타나게 된다. 이에 따라, 사이리스터 드라이버(109)는 사이리스터(110)를 구동하기 위한 신호(f)를 출력하고, 그 신호에 따라 사이리스터 (110)가 동작한다. 이렇게 하여 사이리스터(110)가 동작함에 따라 차단기의 트립 코일(120)이 구동되고, 그 결과 최종적으로 차단기의 개폐동작이 일어나게 된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치는 제어 대상 차단기의 다양한 주변 환경 변화에 대하여 능동적으로 대처하여 차단기의 개폐시점을 유효 적절히 제어하므로, 제어의 신뢰도 및 차단기의 차단 성능을 향상시키고, 전력 계통에서의 과도 전압 발생을 억제하여 기기의 수명을 연장할 수 있는 장점이 있다.

Claims

차단기 동작특성에 영향을 미치는 복수의 외부 환경 변수들, 즉 주변온도 (T), 조작기 제어전압(V), 조작기 압력(P) 및 조작간 시간 간격() 등을 입력받아 타임 쉐어링(time sharing) 방식에 의해 순차적으로 한 개의 입력신호를 출력단으로 전송하는 멀티플렉서;

상기 멀티플렉서로부터 출력된 아날로그 신호를 입력받아 디지털 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환기;

상기 외부 환경변수와 차단기 동작시간의 변위정도에 대하여 측정된 대표적 차단 동작 특성의 샘플 데이터로 학습되어 상기 아날로그/디지털 변환기로의 출력신호에 대하여 차단기 동작시간의 변위를 얻기 위한 신경회로망;

상기 신경회로망으로부터의 출력신호, 즉 주어진 동작환경에 대해 이진법의 논리상태 값으로 표현된 차단기 동작시간의 변위값을 입력받아 원하는 제어목표의 달성을 위한 동작 지연 시간을 결정하는 연산기;

외부로부터 입력되는 신호에 동기하여 하나의 펄스 신호를 발생하는 동기신호 발생기;

상기 동기신호 발생기로부터 발생된 펄스 신호를 입력받아 기준시점으로부터 시간을 증가시키는 타이머;

상기 연산기로부터의 출력신호와 상기 타이머로부터의 출력신호를 비교하는 비교기; 및

상기 비교기의 출력신호에 따라 제어 대상의 차단기를 개폐하는 차단기 개폐수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 차단기 개폐수단은 제어대상의 차단기의 트립 코일을 온/오프 시키기 위한 스위칭 소자와, 그 스위칭 소자를 구동시키기 위한 스위칭 소자 드라이버로 구성된 것을 특징으로 하는 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치.
제 2항에 있어서,

상기 스위칭 소자는 사이리스터인 것을 특징으로 하는 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치.
제 3항에 있어서,

상기 사이리스터에는 비상용 수동 스위치가 사이리스터와 병렬로 더 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 신경회로망에는 외부 환경 변수의 입력을 위한 복수의 입력단 노드와, 외부의 제어 대상의 차단기에 제공되는 동작 시간 특성의 출력을 위한 복수의 출력단 노드가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치.
제 5항에 있어서,

상기 출력단 노드는 2ⁿ에 해당하는 8개의 비트로 표시될 수 있는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 이용한 동기 차단기의 개폐 제어장치.