KR100816061B1 - 이동 평균을 이용한 새그 검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동 평균을 이용한 새그 검출 방법에 관한 것으로, (a) 계통전압에 지락과 같은 사고 발생에 의해서 부하 측에 새그(Sag) 전압이 발생하는 단계와; (b) 상기 (a)단계에서 발생한 전압을 실시간으로 샘플링한 전압 데이터를 배열(Array)을 이용하여 저장하는 단계와; (c) 상기 (b)단계에서 샘플링 순간마다 구해진 전압 데이터 값이 미리 설정한 특정 범위보다 작을 경우 상기 배열에 저장하고 인덱스를 1씩 증가하며, 구해진 전압 데이터 값이 상기 특정 범위가 되었을 때 그 시점까지 상기 배열에 저장된 전압 데이터 값을 이용하여 총합을 구하고 인덱스를 이용하여 그 시점의 평균을 구하는 단계와; (d) 상기 (c)단계에서 가장 오래된 인덱스에 저장되어 있는 배열의 값을 제거하고 그 시점에 샘플링한 값을 배열에 저장하고, 이전에 구한 총합에서 가장 오래된 인덱스에 저장되어 있는 배열의 값을 빼고 그 시점에 샘플링한 값을 더하여 새로운 총합을 구한 후 이 총합을 이용하여 그 시점의 평균을 구하여 그 시점의 이동 평균을 산출하는 단계와; (e) 상기 (d)단계에서 산출한 전압값의 이동 평균을 이용하여 반주기 동안의 전압 데이터의 RMS(Root Mean Square)값을 산출하는 단계와; (f) 상기 (e)단계에서 인덱스가 반주기 보다 작을 경우 계속하여 샘플링한 전압 값을 배열에 저장하고, 인덱스가 반주기 보다 클 경우에는 새그의 발생 여부를 판별하는 단계와; (g) 상기 (f)단계에서 새그의 발생 여부를 판별한 결과, 새그가 발생하지 않았으면 샘플링한 전압 데이터 값을 배열에 업 데이트하고, 새그가 발생하였으면 샘플링한 전압 데이터 값을 배열에 저장하지 않고 그 시점까지 배열에 저장된 전압 데이터 값으로 새그 보상을 위한 기준 파형을 구하는 단계; 및 (h) 상기 (g)단계에서 구한 기준 파형과 새그가 발생한 파형의 차이에 의한 보상 전압 데이터를 구한 후, 이 보상 전압 데이터가 최종 출력 전압에 보상되도록 제어하는 단계;를 포함하며, 상기 (f)단계에서, 상기 새그의 발생 여부를 판별하는 방법은, 이전의 단계에서 산출하였던 기준전압과 이동평균을 이용하여 구한 RMS 값의 비를 이용하여 그 발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다. 따라서 전압 새그 검출 시간을 단축시킬 수가 있으므로, 전압 새그에 의해 발생할 수 있는 크고 작은 손실 및 안전사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.

새그(sag), 이동 평균(Moving Average), RMS(Root Mean Square)

Description

이동 평균을 이용한 새그 검출 방법{Sag Detection Method Using Moving Average}

도 1A 및 1B는 각각 전압 새그 발생시의 파형을 나타낸 도면과 종래 일반적인 RMS 기법으로 전압 새그를 검출할 때의 파형을 나타낸 도면,

도 2는 본 발명을 이용하여 전압 새그 보상을 하는 과정을 설명하기 위한 순서도,

도 3은 본 발명을 이용한 전압 새그 보상을 위해 적용되는 무빙 평균을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면,

도 4는 본 발명을 이용한 전압 새그 보상을 위해 기준 파형을 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 이동 평균(Moving Average)을 이용한 새그 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동 평균 산출 방법을 이용하여 간편한 방법으로 지연없이 전압 새그(Sag)를 검출할 수 있도록 하는 이동 평균을 이용한 새그 검출 방법에 관한 것이다.

계통전압에 지락과 같은 사고가 발생하였을 경우, 부하측에는 순간 전압 강 하(이하 전압 새그라 칭함) 또는 순간 전압 상승(이하 전압 스웰이라 칭함) 등과 같은 전압이 발생하게 된다.

이러한 순간 접압 강하나 순간 전압 상승 등의 현상은 전압이 1 사이클에서 수초동안 순간적으로 규정치를 초월하거나 하락하는 현상으로서, 이때 전력에 민감한 정보통신 기기나 정밀 제어 기기 등에 오동작 등의 악영향을 미치게 되어 이러한 기기 등을 사용하는 수용가에 상당히 큰 경제적 피해를 입힐 수 있는 문제점이 있다.

도 1A의 도면은 전압 새그 발생시의 파형을 나타낸 것이고, 도 1B는 종래 일반적인 RMS 기법으로 전압 새그를 검출할 때의 파형을 나타낸 도면이다.

일반적인 RMS를 구하는 수식은

이다.

여기서 N은 주기당 샘플링 회수이고, V_i는 샘플링된 전압값이다.

이러한 종래 RMS 방법으로 새그를 검출하는 방법은 기준 전압과 샘플링할 때마다의 V_RMS 값을 이용하여 전압 새그를 검출하게 된다.

그러나 RMS 값을 구하려면 한 주기 동안의 샘플링 값이 필요하게 되며 따라서 이러한 종래의 방법을 이용하여 전압 새그를 검출할 경우에는 도 1B에서 보는 바와 같이 전압 새그 발생 시점에서 거의 한주기(Δt)의 지연 뒤에야 전압 새그가 발생한 것을 검출할 수 있게 된다.

따라서, 이러한 종래의 일반적인 RMS 검출 방법을 사용하는 전압 새그 또는 전압 스웰의 검출 방법은 새그 검출이 아예 안되거나, 검출이 되는 경우에도 몇 사이클이 지난 뒤에야 검출이 되므로 이에 의해 보상기를 동작시키기 어려운 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 이동 평균(Moving Average)을 이용하여 간편한 방법으로 지연 없이 전압 새그을 검출할 수 있도록 함으로써 전력 품질에 문제가 생기면 즉각적으로 문제된 전력 품질을 보상하여 줌으로써, 부하에 안정된 전원이 공급되도록 하는 이동 평균을 이용한 새그 검출 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이동 평균을 이용한 새그 검출 방법은, (a) 계통전압에 지락과 같은 사고 발생에 의해서 부하 측에 새그(Sag) 전압이 발생하는 단계와; (b) 상기 (a)단계에서 발생한 전압을 실시간으로 샘플링한 전압 데이터를 배열(Array)을 이용하여 저장하는 단계와; (c) 상기 (b)단계에서 샘플링 순간마다 구해진 전압 데이터 값이 미리 설정한 특정 범위보다 작을 경우 상기 배열에 저장하고 인덱스를 1씩 증가하며, 구해진 전압 데이터 값이 상기 특정 범위가 되었을 때 그 시점까지 상기 배열에 저장된 전압 데이터 값을 이용하여 총합을 구하고 인덱스를 이용하여 그 시점의 평균을 구하는 단계와; (d) 상기 (c)단계에서 가장 오래된 인덱스에 저장되어 있는 배열의 값을 제거하고 그 시점에 샘플링한 값을 배열에 저장하고, 이전에 구한 총합에서 가장 오래된 인덱스에 저장되어 있는 배열의 값을 빼고 그 시점에 샘플링한 값을 더하여 새로운 총합을 구한 후 이 총합을 이용하여 그 시점의 평균을 구하여 그 시점의 이동 평균을 산출하는 단계와; (e) 상기 (d)단계에서 산출한 전압값의 이동 평균을 이용하여 반주기 동안의 전압 데이터의 RMS(Root Mean Square)값을 산출하는 단계와; (f) 상기 (e)단계에서 인덱스가 반주기 보다 작을 경우 계속하여 샘플링한 전압 값을 배열에 저장하고, 인덱스가 반주기 보다 클 경우에는 새그의 발생 여부를 판별하는 단계와; (g) 상기 (f)단계에서 새그의 발생 여부를 판별한 결과, 새그가 발생하지 않았으면 샘플링한 전압 데이터 값을 배열에 업 데이트하고, 새그가 발생하였으면 샘플링한 전압 데이터 값을 배열에 저장하지 않고 그 시점까지 배열에 저장된 전압 데이터 값으로 새그 보상을 위한 기준 파형을 구하는 단계; 및 (h) 상기 (g)단계에서 구한 기준 파형과 새그가 발생한 파형의 차이에 의한 보상 전압 데이터를 구한 후, 이 보상 전압 데이터가 최종 출력 전압에 보상되도록 제어하는 단계;를 포함하며, 상기 (f)단계에서, 상기 새그의 발생 여부를 판별하는 방법은, 이전의 단계에서 산출하였던 기준전압과 이동평균을 이용하여 구한 RMS 값의 비를 이용하여 그 발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 목적과 그 실현수단의 구성과 작용효과에 대해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조한 이하의 상세한 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명을 이용하여 전압 새그 보상을 하는 순서도를 나타낸 도면, 도 3은 상기 전압 새그 보상을 위해 적용되는 무빙 평균을 산출하는 방법을 설명하 기 위한 도면, 도 4는 상기 전압 새그 보상을 위한 기준 파형을 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

다만, 이하 본 발명의 상세한 설명에서는 전압 새그가 발생하는 경우의 검출 방법과 이에 대한 새그 보상 방법에 관해 자세히 기술할 것이나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서 본 발명이 적용되는 기술분야의 전문지식을 가진자라면 본 발명이 전압 스웰의 검출 방법 및 이에 대한 보상 방법에도 당연히 적용될 수 있음을 이해할 것이다.

먼저 도 2를 참조한다. 본 발명에 따라 이동 평균을 이용하여 짧은 시간동안에 새그를 검출하고 새그 보상을 하기 위해서는 실시간으로 샘플링한 전압값을 배열(Array)을 이용하여 저장을 한다(S202, S204).

다음으로 배열의 인덱스를 사용하여 반주기일 때의 기준 전압값을 구하고, 그 때부터의 새그 발생 유무를 판별한다(S206, S208).

여기서 상기 반주기일 때의 기준 전압값 및 상기 새그 발생 유무는 샘플링된 전압값의 이동 평균을 이용하여 산출한다.

즉, 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 이동 평균은 서큘러 어드레스(Circular Address)를 사용하거나 배열(Array)을 사용하여 구현하는데, 샘플링 순간마다 구하여진 전압 데이터를 배열에 저장하고 인덱스를 "+1" 만큼 증가시킨다.

다음으로 구하고자 하는 특정 범위보다 작을 경우에는 계속하여 배열에 데이터를 저장하고 인덱스를 증가시킨다.

구하고자 하는 특정 범위가 되었을 경우에, 지금까지 배열에 저장한 데이터 값을 이용하여 합을 구하고 인덱스를 이용하여 그 시점의 평균을 구한다.

그 이후부터는 가장 오래된 인덱스에 저장되어 있는 배열의 값을 제거하고 그 시점에 샘플링한 값을 배열에 저장을 하게 된다.

그리고 나서, 이전에 구한 총합에서 가장 오래된 인덱스에 저장되어 있는 값을 빼고 그 시점에 샘플링한 값을 더하여서 새로운 총합을 구한다. 상기 새로운 총합을 이용하여 그 시점의 평균을 구하면, 그 시점의 이동 평균이 되는 것이다.

이러한 이동 평균을 이용할 경우 시간 지연 없이 각 시점에서의 평균값을 산출할 수 있게되며, 최근 전압의 데이터가 반영된 변수들의 움직임을 시계열적으로 전환할 수 있다.

다시 새그 보상을 하는 방법을 계속하여 설명하면, 기준전압을 구하기 위해서는 상기 이동 평균을 사용하여 처음 반주기 동안의 RMS 값을 구한다(S206). 이때 구한 RMS 값을 기준전압(Vnormal)으로 정한다. 단, 처음 반주기 동안에는 새그가 발생하지 않는다는 조건이 선행되어야 한다.

이때, 인덱스가 반주기 보다 작을 경우에는 계속하여 샘플링한 전압 값을 배열에 저장하고 반주기 보다 클 경우에는 새그 발생 여부를 판별한다(S208).

새그 발생 여부를 판별하는 방법을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

새그 판별은 앞서의 단계에서 산출하였던 기준 전압과 이동 평균을 이용하여 구한 현재의 RMS 값의 비를 이용하여 그 발생 여부를 판단한다.

즉,

라는 수식에서,

상기 k값의 범위를 0 < k < 1 까지 범위내에서 지정함으로써, 상기 지정한 k의 범위내에 전압의 실효치가 측정되면, 전압 새그로 판별한다.

새그 발생 여부를 판별한 결과, 새그가 발생하지 않으면 샘플링한 전압 값을 배열에 업데이트하고, 새그가 발생하면 더 이상 배열에 업데이트를 하지 않고 지금까지 배열에 저장된 데이터 값으로 새그 보상을 위한 기준 파형을 구한다(S210).

여기서 새그 보상을 위한 기준 파형은 앞서 살펴본 바와 같이 새그 판별을 처음 반주기 동안의 데이터를 이용하여 구하기 때문에 새그가 검출되면, 그 시점부터 1/2T 이전까지의 값으로 판별되므로 기준 파형으로 사용할 수가 없다.

따라서 더 이전의 값으로 기준 파형을 구하게 되는데, 본 발명에서는 3/2T 이전의 값부터 1/2T 이전의 값을 이용하여 기준 파형을 구한다.

즉, 도 4를 참조하여 전압 새그 보상을 위한 기준 파형을 구하는 방법을 더욱 상세하게 설명하면, 원점에서 새그가 발생하고 1/2T 지난후에 새그가 검출되었다고 가정하면, 새그가 발생한 시점부터 검출되기까지의 샘플링한 값은 앞서 설명한 바와 같은 이유로 새그가 발생하였으므로 기준 파형으로 사용할 수가 없다.

따라서, 3/2T 이전 파형(도4A에서 기준 파형 시작 시점)부터 1/2T(도4에서 새그가 발생 시점)까지의 파형을 기준 파형으로 한다.

3상의 기준 파형을 구하기 위해서는 상기의 기준 파형을 이용하여 나머지 2상의 기준 파형을 구하여야하는데, 나머지 2 상의 기준 파형의 시작점은 상기 기준 파형 시작점에서 2/3T와 4/3T 만큼 지연된 곳에서 시작되는 것으로 정의할 수 있다(도 4B, 도 4C).

다시 새그 보상을 하는 방법을 계속하여 설명하면, 상기 각 상의 기준 파형과 새그가 발생한 파형의 차이가 보상하여야할 전압이 된다(S212).

따라서 제어부는 상기 보상하여야할 전압 데이터에 의거하여 출력 전압이 상기 새그 보상되도록 제어함으로써 전력선로에 이상 형태의 전력 품질이 공급되도록 한다(S214).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 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 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 전압 새그 검출 시간을 단축시킬 수가 있으므로, 전압 새그에 의해 발생할 수 있는 크고 작은 손실 및 안전사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 이동 평균을 이용한 새그 검출 방법에 있어서,

   (a) 계통전압에 지락과 같은 사고 발생에 의해서 부하 측에 새그(Sag) 전압이 발생하는 단계와;

   (b) 상기 (a)단계에서 발생한 전압을 실시간으로 샘플링한 전압 데이터를 배열(Array)을 이용하여 저장하는 단계와;

   (c) 상기 (b)단계에서 샘플링 순간마다 구해진 전압 데이터 값이 미리 설정한 특정 범위보다 작을 경우 상기 배열에 저장하고 인덱스를 1씩 증가하며, 구해진 전압 데이터 값이 상기 특정 범위가 되었을 때 그 시점까지 상기 배열에 저장된 전압 데이터 값을 이용하여 총합을 구하고 인덱스를 이용하여 그 시점의 평균을 구하는 단계와;

   (d) 상기 (c)단계에서 가장 오래된 인덱스에 저장되어 있는 배열의 값을 제거하고 그 시점에 샘플링한 값을 배열에 저장하고, 이전에 구한 총합에서 가장 오래된 인덱스에 저장되어 있는 배열의 값을 빼고 그 시점에 샘플링한 값을 더하여 새로운 총합을 구한 후 이 총합을 이용하여 그 시점의 평균을 구하여 그 시점의 이동 평균을 산출하는 단계와;

   (e) 상기 (d)단계에서 산출한 전압값의 이동 평균을 이용하여 반주기 동안의 전압 데이터의 RMS(Root Mean Square)값을 산출하는 단계와;

   (f) 상기 (e)단계에서 인덱스가 반주기 보다 작을 경우 계속하여 샘플링한 전압 값을 배열에 저장하고, 인덱스가 반주기 보다 클 경우에는 새그의 발생 여부를 판별하는 단계와;

   (g) 상기 (f)단계에서 새그의 발생 여부를 판별한 결과, 새그가 발생하지 않았으면 샘플링한 전압 데이터 값을 배열에 업 데이트하고, 새그가 발생하였으면 샘플링한 전압 데이터 값을 배열에 저장하지 않고 그 시점까지 배열에 저장된 전압 데이터 값으로 새그 보상을 위한 기준 파형을 구하는 단계; 및

   (h) 상기 (g)단계에서 구한 기준 파형과 새그가 발생한 파형의 차이에 의한 보상 전압 데이터를 구한 후, 이 보상 전압 데이터가 최종 출력 전압에 보상되도록 제어하는 단계;를 포함하며,

   상기 (f)단계에서, 상기 새그의 발생 여부를 판별하는 방법은, 이전의 단계에서 산출하였던 기준전압과 이동평균을 이용하여 구한 RMS 값의 비를 이용하여 그 발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 이동 평균을 이용한 새그 검출 방법.

Images