KR100943617B1 - 고조파 상태 추정 장치 및 고조파 상태 추정 방법 - Google Patents

고조파 상태 추정 장치 및 고조파 상태 추정 방법 Download PDF

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Abstract

고조파 장애 문제에 효율적으로 대처하기 위해 정확도 및 신뢰도를 증대시킨 고조파 상태 추정 장치 및 고조파 상태 추정 방법을 제공한다. 본발명에 따른 고조파 추정 장치는 송전계통에서 측정된 데이터로 계통 연계상태를 확인하는 연계상태확인부, 상기 송전계통에서 측정된 데이터로 어드미턴스 행렬값을 산출하는 어드미턴스산출부, 송전계통에서 측정된 데이터로 고조파의 측정위치를 산정하는 위치산정부, 상기 연계상태확인부 및 상기 어드미턴스산출부로부터 전송받은 데이터로부터 기본 주파수 및 각 차수별 주파수를 산출하는 멀티주파수산출부 및 상기 위치산정부 및 상기 멀티주파수산출부로부터의 출력값으로부터 고조파의 상태를 추정하는 제1 고조파상태추정부, 및 상기 제1 고조파상태추정부가 추정한 고조파의 상태로부터 고조파전압값 및 고조파전류값을 출력하는 출력부를 포함한다.
고조파, 고조파장애, 고조파추정, 에러계산, 면역알고리즘, 유전알고리즘

Description

고조파 상태 추정 장치 및 고조파 상태 추정 방법{ESTIMATING APPARATUS OF HARMONIC STATE AND ESTIMATION METHOD FOR HARMONIC STATE}
본 발명은 고조파 상태 추정 장치 및 고조파 상태 추정 방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 말하자면 고조파 장애 문제에 효율적으로 대처하기 위해 정확도 및 신뢰도를 증대시킨 고조파 상태 추정 장치 및 고조파 상태 추정 방법에 대한 것이다.
전력시스템의 고조파 상태 추정을 수행하기 위하여 측정 시스템을 설계하는 것은 매우 복잡한 문제이다. 측정 시스템은 많은 수의 측정 장치와 복잡한 통신 시스템으로 이루어져 있기 때문에 측정 과정이나 통신과정에 있어서 각종 잡음의 혼입이 문제가 될 수 있으며, 한편으로는 측정 설비 또는 통신 시스템의 고장발생으로 인하여 시스템이 관측불가능 또는 악조건 상태로 되어 상태 추정 결과가 믿을 수 없는 상황에 도달할 수도 있다. 이에 대한 대책으로 많은 수의 측정장비를 설치하여 다량의 측정데이터를 수집하는 것도 하나의 방법이 될 수 있으나 측정 시스템의 측정장비 수를 증가시키면 상태추정 정확도와 신뢰도는 증가하는 반면 측정설비의 투자비가 증가하게 된다.
또한, 기존의 송전 계통 고조파 상태 추정 방법은 네트워크 토폴로지(Network Topology)를 이용한 측정 위치를 선정하는 것이다. 네트워크 토폴로지(Network Topology)는 시행착오를 반복하여 최적의 측정 위치를 선정하는 방법으로, 측정 위치를 선정함에 있어서 매우 많은 시간이 소요되고 상태 추정시 오류도 발생된다.
우리나라 송전 계통은 복잡한 전력시스템이므로 이런 시행착오적인 방법으로 고조파 상태 추정을 시행할 경우, 최적의 위치 선정이 되지 않을 경우 계산 오차가 발생할 수 있으며, 이로 인해 추정값의 신뢰성이 다소 떨어진다.
본 발명은 최소의 측정장비를 이용하여 고조파 상태 추정 결과의 오차를 최소화할 수 있도록 측정 장비의 설치 위치를 선정하여 고조파의 상태를 추정하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 지능형 고조파 상태 추정 알고리즘을 구현하고 지능형 상태 추정 시스템을 개발하여 송전계통의 고조파에 대해 정확한 상태 추정을 가능하게 하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 고조파 추정 장치는, 송전계통에서 측정된 데이터로 계통 연계상태를 확인하는 연계상태확인부, 상기 송전계통에서 측정된 데이터로 어드미턴스 행렬값을 산출하는어드미턴스산출부, 송전계통에서 측정된 데이터로 고조파의 측정위치를 산정하는 위치산정부, 상기 연계상태확인부 및 상기 어드미턴스산출부로부터 전송받은 데이터로부터 기본 주파수 및 각 차수별 주파수를 산출하는 멀티주파수산출부 및 상기 위치산정부 및 상기 멀티주파수산출부로부터의 출력값으로부터 고조파의 상태를 추정하는 제1 고조파상태추정부, 및 상기 제1 고조파상태추정부가 추정한 고조파의 상태로부터 고조파전압값 및 고조파전류값을 출력하는 출력부를 포함한다.
이때, 상기 고조파상태추정부는 데이터를 입력받는 입력부, 상기 입력된 데이터에 전류 측정을 위한 측정행렬을 추가하여 전압 측정을 위한 측정행렬을 추가하는 추가부, 상기 추가부로부터의 출력값으로부터 실측정 전압행렬을 선택하여 실제값 행렬로 변환하는 변환부, 상기 실제값 행렬로부터 고조파 상태 추정의 가능여부를 판단하는 제1 제어부, 상기 제1 제어부가 고조파 상태 추정이 불가능하다고 판단한 경우에 특이값 분해를 이용한 방정식을 계산하여 측정 에러의 발생여부를 판단하는 제2 제어부, 및 상기 제2 제어부가 측정 에러를 발견한 경우에 측정에러를계산하는 에러계산부를 포함할 수있다.
또한, 상기 제1 제어부가 고조파 상태 추정이 가능하다고 판단한 경우에는 일반 방정식을 계산하여 고조파전압 및 고조파전류를 측정할 수있다.
또한, 고조파 추정 장치는 상기 추정된 고조파의 상태를 면역 알고리즘 또는 유전 알고리즘에 적용하는 제2 고조파상태추정부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 고조파 상태 추정 방법은, 송전계통에서 측정된 데이터로 계통 연계상태 및 어드미턴스 행렬값을 산출하고, 상기 송전계통에서 측정된 데이터로 고조파전압 및 고조파전류의 측정위치를 산정하는 단계, 상기 어드미턴스 행렬값및 상기 측정위치 정보의 출력값으로부터 고조파의 상태를 추정하는 단계, 및 상기 추정된 고조파의 상태로부터 최종적으로 고조파전압 및 고조파전류를 산출하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 고조파의 상태를 추정하는 단계에서 고조파의 상태 추정이 가능하지 않은 경우에 특이값 분해를 이용한 방정식을 계산하고 에러가 발생하는 경우에 측정에러를 계산할 수 있다. 또한, 상기 고조파의 상태를 추정하는 단계이후에 면역알고리즘 또는 유전알고리즘을 더욱 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 최소의 측정장비를 이용하여 고조파 상태 추정 결과의 오차를 최소화할 수 있도록 측정 장비의 설치 위치를 선정하여 고조파의 상태를 추정할 수 있다.
또한, 최적 측정 위치 선정 알고리즘을 이용하므로 고조파 상태 추정시 신뢰할 수 있는 계산 결과를 얻을 수 있다.
또한, 지능형 고조파 상태 추정 알고리즘을 구현하고 지능형 상태 추정 시스템을 개발하여 송전계통의 고조파에 대해 정확한 상태 추정이 가능하다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어 들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련 기술 문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 고조파 상태 추정장치 및 고조파 상태 추정방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고조파 상태 추정장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고조파 상태 추정장치(1000)는, 송전계통(100)의 연계상태를 확인하는 연계상태확인부(200), 송전계통(100)에서 측정된 데이터로부터 어드미턴스 행렬값을 산출하는 어드미턴스산출부(300), 고조파의 측정위치를 예비적으로 산정하는 위치산정부(400), 연계상태확인부(200)와 어드미턴스산출부(300)로부터 전송받은 데이터로부터 주파수를 산출하는 멀티주파수산출부(500), 멀티주파수산출부(500)와 위치산정부(400)의 출력값으로부터 고조파의 상태를 추정하는 제1 고조파상태추정부(600) 및 고조파전압값과 고조파전류값을 출력하는 출력부(700)를 포함하여 이루어진다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고조파 상태 추정방법에 대한 절차도이다. 연계상태확인부(200) 및 어드미턴스산출부(300)는, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 송전계통(100)에서 측정된 전압, 전류로 계통 연결 상태(Network Topology)를 확인하고, 계통 어드미턴스 행렬 값을 구한다. 이 값을 바탕으로 기본 주파수와 각 차수별 시스템을 포함한 3상 멀티 주파수 영역에서 고조파 전압, 전류 측정 위치를 선정한다. 이후에, 위치산정부(400)와 멀티주파수산출부(500)의 출력값을 제1 고조파 상태 추정부(600)를 이용하여 최종적으로 송전계통 고조파 상태를 추정한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 고조파 상태추정부(600)의 기능을 설명하는 순서도이다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 고조파 상태추정부(600)는, 데이터를 입력받는 입력단계(201), 상기 입력된 데이터에 전류 측정을 위한 측정행렬을 추가하여 전압 측정을 위한 측정행렬을 추가하는 추가단계(202, 203), 상기 추가단계로부터의 출력값으로부터 실측정 전압행렬을 선택하여 실제값 행렬로 변환하는 변환단계(204, 205)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 고조파 상태 추정부(600)는, 상기 실제값 행렬로부터 고조파 상태 추정의 가능여부를 판단하는 제1 제어단계(206), 상기 제1 제어단계(206)에서 고조파 상태 추정이 불가능하다고 판단한 경우에 특이값분해(Singular Value Decomposition, SVD)를 이용한 방정식을 계산하여(208) 측정 에러의 발생여부를 판단하는 제2 제어단계(209), 상기 제2 제어단계(209)에서 측정 에러를 발견한 경우에 측정에러를 계산하는 에러계산단계(210)를 포함하여 이루어진다. 이때, 제1 제어단계(206)에서 고조파 상태 추정이 가능하다고 판단한 경우에는 일반 방정식을 계산하여(207) 고조파전압 및 고조파전류를 계산한다(211).
고조파 상태 추정의 기본적인 알고리즘은 참조부호 201 내지 205와 같다. 종래의 알고리즘은 시스템 전체를 측정한 경우와 일부분을 측정한 경우의 알고리즘으로 구분하여 사용하였지만, 본 발명의 일실시예에 따른 개선된 고조파 추정 장치 는 일부분을 측정한 경우 발생하는 에러를 수정하는 방법을 추가하였다(210). 따라서 도 2와 같이 시스템 전체를 측정한 경우 혹은 일부분을 측정 경우와 같이 어떤 조건에서도 고조파 상태 추정을 할 수 있도록 개선하였다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고조파 상태 추정 방법이 적용된 유전 알고리즘을 설명하는 순서도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고조파 상태 추정 방법이 적용된 면역 알고리즘을 설명하는 순서도이다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고조파 상태 추정 장치에 포함되는 고조파상태추정부는, 전술한 제1 고조파상태추정부(600)가 추정한 고조파의 상태를 유전알고리즘(302) 및 면역알고리즘(304)에 적용한다. 이에 따라 고조파의 측정위치가 더욱 최적화된 지능형 고조파 추정 알고리즘을 도출할 수 있다.
도 6은 송전계통에 지능형 고조파 상태 추정 장치를 적용한 것을 나타내는 도면이다.
사각형 지점이 지능형상태 추정 알고리즘에 의해 선정된 최적 측정지점이며, 상태 추정을 통하여 화살표로 표시한 고조파 발생지역을 찾을 수 있었다. 즉 모든 지역을 측정하지 않고 사각형지점과 같이 최적 측정 지점을 선정하여 고조파 상태 추정을 한 결과 고조파 발생지역을 찾을 수 있으며, 측정장비가 설치되지 않은 개소의 고조파 상태를 추정할 수 있다.
도 7은 최적 측정 위치 선정에 따른 고조파 전압 상태 추정 결과를 도시한 그래프이고, 도 8은 최적 측정 위치 선정에 따른 고조파 전류 상태 추정 결과를 도시한 그래프이다. 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 고조파 추정 장치는 실제값 과 편차가 거의 발생되지 않는 효과를 확인할 수있다.
이상에서 계측기 설치비용 측면에서 경제성을 유지하면서 송전 계통 고조파 상태 추정의 정확도와 신뢰도를 제고할 수 있음을 확인되었다.
상기한 바와 같이 본 발명은 송전계통의 정확한 고조파 상태 추정을 위해 최적의 측정지점 선정이 가능하여 계측기 설치 수량을 최소화 할 수 있으며, 정확한 고조파 상태 추정으로 각 개소에 적정한 고조파 대책수립을 시행하여 고조파에 의한 경제적 손실을 현저히 감소시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 고조파 추정 장치 및 고조파 추정 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고조파 상태 추정장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고조파 상태 추정방법에 대한 절차도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 고조파 상태추정부(600)의 기능을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고조파 상태 추정 방법이 적용된 유전 알고리즘을 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고조파 상태 추정 방법이 적용된 면역 알고리즘을 설명하는 순서도이다.
도 6은 송전계통에 지능형 고조파 상태 추정 장치를 적용한 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 최적 측정 위치 선정에 따른 고조파 전압 상태 추정 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 최적 측정 위치 선정에 따른 고조파 전류 상태 추정 결과를 도시한 그래프이다.

Claims (7)

  1. 송전계통에서 측정된 데이터로 계통 연계상태를 확인하는 연계상태확인부,
    상기 송전계통에서 측정된 데이터로 어드미턴스 행렬값을 산출하는 어드미턴스산출부,
    송전계통에서 측정된 데이터로 고조파의 측정위치를 산정하는 위치산정부,
    상기 연계상태확인부 및 상기 어드미턴스산출부로부터 전송받은 데이터로부터 기본 주파수 및 각 차수별 주파수를 산출하는 멀티주파수산출부,
    상기 위치산정부 및 상기 멀티주파수산출부로부터의 출력값으로부터 고조파의 상태를 추정하는 제1 고조파상태추정부, 및
    상기 제1 고조파상태추정부가 추정한 고조파의 상태로부터 고조파전압값 및 고조파전류값을 출력하는 출력부를 포함하며,
    상기 제1 고조파상태추정부는,
    데이터를 입력받는 입력부,
    상기 입력된 데이터에 전류 측정을 위한 측정행렬을 추가하여 전압 측정을 위한 측정행렬을 추가하는 추가부,
    상기 추가부로부터의 출력값으로부터 실측정 전압행렬을 선택하여 실제값 행렬로 변환하는 변환부,
    상기 실제값 행렬로부터 고조파 상태 추정의 가능여부를 판단하는 제1 제어부,
    상기 제1 제어부가 고조파 상태 추정이 불가능하다고 판단한 경우에 특이값분해를 이용한 방정식을 계산하여 측정 에러의 발생여부를 판단하는 제2 제어부, 및
    상기 제2 제어부가 측정 에러를 발견한 경우에 측정에러를 계산하는 에러계산부를 포함하는 고조파 상태 추정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어부가 고조파 상태 추정이 가능하다고 판단한 경우에는 일반 방정식을 계산하여 고조파전압 및 고조파전류를 측정하는 고조파 상태 추정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 추정된 고조파의 상태를 면역 알고리즘 또는 유전 알고리즘에 적용하는 제2 고조파상태추정부를 더 포함하는 고조파 상태 추정 장치.
  5. 송전계통에서 측정된 데이터로 계통 연계상태 및 어드미턴스 행렬값을 산출하고, 상기 송전계통에서 측정된 데이터로 고조파전압 및 고조파전류의 측정위치를 산정하는 단계,
    상기 어드미턴스 행렬값 및 상기 측정위치 정보의 출력값으로부터 고조파의 상태를 추정하는 단계, 및
    상기 추정된 고조파의 상태로부터 최종적으로 고조파전압 및 고조파전류를 산출하는 단계를 포함하며,
    상기 고조파의 상태를 추정하는 단계에서 고조파의 상태 추정이 가능하지 않은 경우에 특이값 분해를 이용한 방정식을 계산하고 에러가 발생하는 경우에 측정에러를 계산하는 고조파 상태 추정 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 고조파의 상태를 추정하는 단계 이후에 상기 추정된 고조파의 상태를 면역 알고리즘 또는 유전 알고리즘에 적용하는 단계를 더 포함하는 고조파 상태 추정방법.
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