KR101335981B1 - 순간 전압 강하 검출장치와 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대규모 플랜트 및 반도체 산업에서 생산설비 시스템의 제조공정 상에서 발생하는 순간전압강하(DIP)에 보상동작을 위하여 빠르고 정확한 순간 전압 강하를 검출하기 위한 순간 전압 강하 검출장치와 검출방법에 관한 것이다.
종래 순간전압강하의 판단은 이동평균법을 사용하여 정상이었을 때의 계통입력 이동평균연산에 의한 전압과의 현재의 계통입력전원에 대한 이동평균법에 의해 연산된 전압을 대비를 통하여 순간전압강하를 판단하여 순간전압강하에 대한 보상을 수행하였다. 그러나 이와 같이 단순히 일시점에서의 이동평균법에 의한 평균전압 값만을 판단해서는 빠른 순간전압강하를 판단할 수 없다. 순간전압강하의 신속하고 정확한 판단이 이루어지지 않는 경우에는 계통입력전원에서 순간전압강하가 발생했을 때 보호 장치의 보상동작의 반응속도가 늦어져서 보다 효율적인 보상동작이 이루어질 수 없으므로, 부하측에 신뢰성 있는 보상출력을 공급할 수 없으므로 예민한 부하인 경우 오동작이 발생할 수 있게 된다.
본 발명에서는 계통입력전원의 전압을 검출하여 실시간으로 위상 지연시켜 순간전압강하 비교를 위한 비교 값을 구하여 순간전압강하 비교를 수행하고, 이를 정해진 이전 시점에서의 순간전압강하 비교값과 대비하여 순간전압강하를 판단하도록 함으로써, 보다 신속하고 신뢰성 있는 순간전압강하 판단이 이루어질 수 있도록 한 순간 전압 강하 검출장치와 검출방법을 제공하고자 한다.

Description

순간 전압 강하 검출장치와 검출방법{THE APPARATUS AND METHOD FOR DETECTION OF VOLTAGE-DIP}

본 발명은 대규모 플랜트 및 반도체 산업에서 생산설비 시스템의 제조공정 상에서 발생하는 순간전압강하(DIP)에 보상동작을 위하여 신속하고 정확하게 순간 전압 강하를 검출하기 위한 순간 전압 강하 검출장치와 검출방법에 관한 것이다.

최근의 대규모 플랜트 및 반도체 산업에서 생산설비 시스템의 고도화에 의하여 제조공정이 복잡 장기화되고 있다.

이러한 대규모 플랜트 및 반도체 산업 공장에서 사용하는 전원의 순간전압강하에 의하여 제조라인이 정지하게 되면 불량품의 발생에 의하여 제조 원가의 증가 및 제품의 납기 지연이 발생하는 문제가 된다.

이와 같은 순간전압강하의 발생은 주로 전송선 등에 낙뢰에 의한 단락 고장 및 지락고장이 발생하는 경우에 고장점은 보호계전기에 의하여 검출되며, 차단기로 고장 발생한 전력계통을 제거하는 사이에 고장점을 중심으로 전압저하의 현상이 발생한다.

본 발명은 이와 같은 순간전압강하 시에 전압 저하를 보상하기 위한 것이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1233544호, "동적 순간전압강하 보상장치"에서는 정류된 전원을 저장하고, 순간전압강하가 발생 시 저장된 전원을 공급할 수 있도록 하는 인버터 절환수단 및 전원의 바이패스수단을 구성함에 있어서, 순간전압강하의 판단은 일반적으로 이동평균(Moving average)법을 이용하여 이전 정상 입력의 이동평균 연산된 전압과 현재 입력되고 있는 이동평균 연산된 전압을 대비하여 순간전압강하를 판단하여 순간전압강하에 대한 보상을 수행하였다.

그러나 이와 같이 이동평균법에 의한 전압 값만으로 판단하기에는 많은 메모리를 사용해야만 정확도를 높일 수 있으므로 연산속도가 떨어진다는 것이 약점이 되며, 적당한 메모리 사용으로 연산속도를 높이는 것은 어느 정도 한계가 있다. 따라서 순간전압강하의 정확한 검출 판단이 늦어지는 경우 보상동작의 응답속도가 늦어지게 되며, 이결과는 결국 부하측 순간적인 전압강하 보상동작 응답속도가 늦어져서 완벽한 순간전압강하에 대한 보상동작이 이루어지지 않는다.

본 발명에서는 계통입력전원의 전압을 검출하여 실시간으로 위상 지연시켜 순간전압강하 비교를 위한 비교 값을 구하여 순간전압강하 비교를 수행하고, 이를 정해진 이전 시점에서의 순간전압강하 비교값과 대비하여 순간전압강하를 판단하도록 함으로써, 이동평균법 보다 적은 메모리사용에 따른 빠른 연산속도에 의하여 보다 신속하고 신뢰성 있는 순간전압강하 판단이 이루어질 수 있도록 한 순간 전압 강하 검출장치와 검출방법을 제공하고자 한 것이다.

본 발명 순간 전압 강하 검출장치는,

계통입력전원으로 부터 전압 신호를 검출하고 검출된 계통입력전원 전압신호 처리를 위한 신호매칭을 수행하는 시그널 매칭수단과, 상기 시그널매칭수단으로 부터 입력된 계통입력 전압 신호(Vsinφ)를 제곱 연산하는 제1제곱연산수단과, 상기 시그널 매칭수단으로 부터 입력되는 계통입력 전압의 위상을 90°지연 시켜 계통입력 전압으로 부터 90°위상 지연된 신호(Vcosφ)를 제공하는 위상지연수단과, 상기 위상지연수단으로 부터 90°위상 지연된 전압 신호(Vcosφ)를 제곱 연산하는 제2제곱연산수단과, 상기 제1제곱연산수단과 제2제곱연산수단의 출력(V²sin²φ, V²cos²φ)을 덧셈 연산하는 덧셈연산수단과, 상기 덧셈연산수단의 결과와 설정된 이전 사이클의 순간전압 강하 검출결과와 비교하여 그 비교결과에 따라서 순간전압 강하를 판단하고 순간전압강하 검출결과를 제어 관리하는 순간전압강하판단제어수단과, 순간전압강하 검출결과를 저장하고 이전 사이클 전 순간전압강하 검출결과를 상기 순간전압강하판단제어수단으로 제공하기 위한 순간전압강하검출결과저장수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명 순간 전압 강하 검출장치는 다음과 같은 검출방법에 의해 순간 전압 강하를 판단한다.

계통입력전원으로 부터 전압 신호를 검출하고 검출된 전압 신호(Vsinφ)를 시그널 매칭하는 시그널매칭과정,

상기 시그널 매칭된 계통입력전원 전압 신호(Vsinφ)를 90°위상 지연 하는 위상지연과정,

상기 시그널매칭과정을 통해 제공된 계통입력전원 전압 신호(Vsinφ)와 90°위상 지연된 계통입력전원 전압 신호(Vcosφ)를 각 제곱 연산하는 제곱연산과정,

상기 제곱연산과정을 통해 제곱 연산 처리된 원 계통입력전원 전압신호(V²sin²φ)와 90°위상 지연된 신호(V²cos²φ)를 덧셈 연산하여 순간전압강하 검출 값(V²)을 구하는 순간전압강하 검출값연산과정,

상기 순간전압강하 검출값연산과정을 통해 얻은 순간전압강하 검출값(V²)을 저장하는 순간전압강하 검출값저장과정,

순간전압강하 검출값연산과정을 통해 얻은 순간전압강하검출 값과 설정된 사이클 이전(r)에 얻은 순간전압강하 검출 값을 비교하고 그 비교결과에 따라서 순간전압강하를 검출하는 순간전압강하 판단과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 대규모 플랜트 및 반도체 산업에서 생산설비 시스템의 제조공정 상에서 순간전압강하(DIP)를 보다 신속하고 신뢰성 있도록 검출 판단할 수 있어서, 안정된 순간전압강하 보상장치를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명 순간 전압 강하 검출장치가 적용된 순간 전압 강하 보상 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명 순간 전압 강하 검출장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 있어서, 순간 전압 강하 검출을 위한 타이밍을 나타낸 도면.

도 1은 본 발명 순간 전압 강하 검출장치가 적용되는 순간전압 강하 보상장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

먼저, 본 발명 순간전압강하 검출장치는 도 1에서와 같은 순간전압 강하 보상장치에 적용되어 구성될 수 있으며, 그 구성은 다음과 같다.

순간전압강하 시 계통입력전원을 부하로부터 차단하기 위한 계통전원스위치부(10)와, 계통입력전압을 충전저장하고 순간전압강하 시 부하에 순간전압강하 이전과 동일한 위상 동기된 정상전압을 부하에 공급하기 위한 보상전압공급부(20)와, 계통입력전압을 검출하고 검출된 전압으로 부터 계통입력전압을 계측하고 순간전압강하(DIP) 및 복전을 검출하는 순간전압강하검출부(30)와, 계통입력전원으로부터 제어전원을 공급하기 위한 제어전원공급부(40)와, 제어부(90)의 제어에 따라서 보상전압공급부(20)의 충전 및 인버터 전압 출력을 위한 PWM출력부(50)와, 상기 보상전압공급부(20)의 충전전압을 검출하여 충전저전압을 검출하기 위한 충전전압검출부(60)와, 부하에 공급되는 출력전류를 계측하고 출력과전류를 검출하는 출력전류검출부(70)와, 순간전압강하검출부(30)를 통해 순간전압강하가 검출되면 계통전원스위치부(10)를 스위칭 제어하여 계통입력전원을 차단하고 보상전압공급부(20)를 통해 정상 계통전압과 동일한 위상 동기된 전압을 부하에 공급 제어하는 제어부(80)를 포함하여 이루어진다.

이와 같은 순간전압검출 보상장치는, 다음과 같은 동작과정으로 이루어진다.

순간전압강하판단부(30)에서는 계통입력전원의 전압을 검출하고 검출된 전압으로 부터 순간전압강하(DIP) 및 복전을 판단한다.

제어부(80)에서는 순간전압강하판단부(30)로 부터 순간전압강하(DIP)가 검출되면 즉각적인 전압보상을 위하여 보상전압공급부(20)를 제어하여 계통입력전압이 정상일 때의 전압으로 보상전압을 생성하고, 생성된 보상전압을 부하로 공급한다.

이와 같이 상기 제어부(80)에서는 순간전압강하가 검출되면 계통입력전원이 정상일 때의 주파수의 전압으로 부하에 공급하기 위하여 인버터 출력제어신호를 출력하고, PWM출력부(50)에서는 이에 따라서 보상전압공급부(20)의 인버터수단의 구동신호(PWM)를 출력한다.

이에 따라서 보상전압공급부(20)에서는 저장된 전압을 인버팅하여 보상전압을 생성하고, 생성된 보상전압을 계통입력전원과 동기된 위상의 AC 220V로 변압하여 부하로 공급한다.

이때 상기와 같이, 순간전압강하에 따라 인버팅 동작을 통해 부하로 보상전압을 공급함에 있어서, 제어부(80)에서는 출력전류검출부(70)로 부터 부하에 의하여 발생하는 고조파 성분을 추출하며, 추출된 고조파 성분에 따른 보상동작을 실시하여 출력파형의 일그러짐이 없는 정현파를 공급한다.

여기서, 순간 전압강하 검출부(30)의 동작이 가장 신속하고 정확히 검출이 이루어져야 올바른 순간전압 강하에 따른 보상전압 공급이 이루어진다.

본 발명 순간 전압 강하 검출장치를 첨부된 도면 도 2 및 도 3을 참조하여 그 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 상기 순간전압 강하 검출부의 구성을 나타낸 블록도이다.

계통입력전원으로 부터 전압 신호를 검출하기 위한 변압기(PT1)와, 검출된 계통입력전원 전압신호 처리를 위한 신호매칭을 수행하는 시그널 매칭부(31)와, 상기 시그널매칭부(31)로 부터 입력된 계통입력 전압 신호(Vsinφ)를 제곱 연산하는 제1제곱연산부(32)와, 상기 시그널 매칭부(31)로 부터 입력되는 계통입력 전압의 위상을 90°지연 시켜 계통입력 전압으로 부터 90°위상 지연된 신호(Vcosφ)를 제공하는 위상지연부(33)와, 상기 위상지연부(32)로 부터 90°위상 지연된 전압 신호(Vcosφ)를 제곱 연산하는 제2제곱연산부(34)와, 상기 제1제곱연산부(32)와 제2제곱연산부(34)의 출력(V²sin²φ, V²cos²φ)을 덧셈 연산하는 덧셈연산부(35)와, 상기덧셈연산부(35)의 결과(V²)와 미리 설정된 사이클(8~32 사이클) 이전의 순간전압 강하 검출결과와 비교하여 그 비교결과에 따라서 순간전압 강하를 판단하고 순간전압강하 검출결과를 제어 관리하는 순간전압강하판단제어부(36)와, 순간전압강하 검출결과를 저장하고 미리 설정된 사이클(8~32사이클) 이전의 순간전압강하 검출결과를 상기 순간전압강하판단제어부(36)로 제공하기 위한 순간전압강하검출결과저장부(37)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명 순간전압 강하 검출장치는,

계통입력전원 전압을 위상 지연시킨 값을 연산하여 일정한 값을 도출할 수 있도록 연산식을 구성하고, 일정한 사이클 이전에서 순간전압강하 검출을 위해 도출된 값과의 대비를 통해 순간전압강하를 판단할 수 있도록 함을 그 기술적 특징으로 한다.

이와 같은 순간전압강하 검출장치의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

변압기(PT1)는 전압신호 검출수단으로, 계통입력전원은 변압기(PT1)를 통해 계통입력전압 신호를 검출하게 되고, 시그널매칭부(31)에서 신호 매칭 처리하여 제공한다.

상기 계통입력전압은 Vsinφ 로 나타낼 수 있다.

그리고 상기 위상지연부(33)에서는 상기 계통입력전압을 90°위상 지연시켜 출력한다.

상기 계통입력전압(Vsinφ)을 90°위상 지연시키면, 90°위상 지연된 신호는 Vcosφ와 같이 나타낼 수 있다.

이와 같은 신호들은 각 제1제곱연산부(32), 제2제곱연산부(34)에서 제곱 연산된다.(V²sin²φ)(V²cos²φ)

상기 덧셈연산부(35)에서는 이들을 다음의 수학식1에서와 같이 덧셈 연산 처리한다.

상기의 수학식 1에서와 같이, 나타낼 수 있으며, 이 값은 도 3에서와 나타낸 바와 같이 계통입력전원이 안정적으로 공급되고 있다면 그 검출 결과는 일정하게 나타난다.

즉, 이와 같은 결과는 정상 계통입력전원에서는 전압이 일정하다는 것을 나타내는 것이다.

따라서 순간전압강하검출결과저장부(37)로 부터 미리 설정된 사이클 예를 들면 8~32사이클 중 어느 하나 이전의 계통입력전압에 의하여 얻은 신호 또한 일정할 것이므로, 순간전압강하판단제어부에서는 이를 비교하여 순간전압강하를 검출하고, 그 결과에 따라서 순간전압강하판단제어부(37)에서 순간전압강하를 판단한다.

도 3은 순간전압강하 검출 타이밍을 나타낸 도면이다.

상기에서 설명한 바와 같이, 수학식1의 결과는 V²으로 일정하게 나타나는 바, 이때 순간전압 강하가 (t9-Δt)에서 발생한다고 가정할 경우, 상기 수학식 1에서 같은 덧셈연산부(35)의 결과 V²(t9-Δt)를 얻을 수 있게 된다.

따라서 순간전압강하판단제어부(37)에서는 다음의 수학식 2에서와 같이 비교하여 순간전압강하를 판단한다.

즉 8 사이클 이전의 신호 V²(t1-Δt)와 대비하여 순간전압강하를 판단하게 되며, 상기 수학식2 에서의 비교결과 ΔV²가 운전자에 의해 설정된 값(0~90%) 이하인 경우 순간전압강하로 판단하게 된다.

상기의 순간전압강하를 판단하기 위한 설정 값은 순간전압강하를 판단하기 위한 설정은 운전자에 의하여 현장 여건에 따라서 0~90% 값으로 설정할 수 있다.

이와 같은 본 발명 순간 전압 강하 검출장치는 다음과 같은 검출과정으로 순간 전압 강하 검출이 이루어진다.

계통입력전원으로 부터 전압 신호를 검출하고 검출된 전압 신호(Vsinφ)를 시그널 매칭하는 시그널매칭과정,

상기 시그널 매칭된 계통입력전원 전압 신호(Vsinφ)를 90°위상 지연 하는 위상지연과정,

상기 시그널매칭과정을 통해 제공된 계통입력전원 전압 신호(Vsinφ)와 90°위상 지연된 계통입력전원 전압 신호(Vcosφ)를 각 제곱 연산하는 제곱연산과정,

상기 제곱연산과정을 통해 제곱 연산 처리된 원 계통입력전원 전압신호(V²sin²φ)와 90°위상 지연된 신호(V²cos²φ)를 덧셈 연산하여 순간전압강하 검출 값(V²)을 구하는 순간전압강하 검출값연산과정,

상기 순간전압강하 검출값연산과정을 통해 얻은 순간전압강하 검출값(V²)을 저장하는 순간전압강하 검출값저장과정,

순간전압강하 검출값연산과정을 통해 얻은 순간전압강하검출 값(V²(t9-Δt))과 미리 설정된 사이클(8~32 사이클) 이전에 얻은 순간전압강하 검출값(V²(t1-Δt)) 을 비교하고 그 비교결과(ΔV2)에 따라서 순간전압강하를 검출하는 순간전압강하 판단과정으로 이루어진다.

상기 순간전압강하판단과정에서의 비교는 상기의 수학식2에서와 같이 ΔV²를 구하고, 이를 설정된 기준 값과 대비하여 순간전압강하를 판단하게 된다.

Claims (6)

1. 계통입력전원으로부터 전압 신호를 검출하고 검출된 계통입력전원 전압신호 처리를 위한 신호매칭을 수행하는 시그널 매칭수단과, 상기 시그널매칭수단으로 부터 입력된 계통입력 전압 신호(Vsinφ)를 제곱 연산하는 제1제곱연산수단과, 상기 시그널 매칭수단으로 부터 입력되는 계통입력 전압의 위상을 90°지연시켜 계통입력 전압으로 부터 90°위상 지연된 신호(Vcosφ)를 제공하는 위상지연수단과, 상기 위상지연수단으로 부터 90°위상 지연된 전압 신호(Vcosφ)를 제곱 연산하는 제2제곱연산수단과, 상기 제1제곱연산수단과 제2제곱연산수단의 출력(V²sin²φ, V²cos²φ)을 덧셈 연산하는 덧셈연산수단과, 상기 덧셈연산수단의 결과와 설정된 이전 사이클의 순간전압 강하 검출결과와 비교하여 그 비교결과에 따라서 순간전압 강하를 판단하고 순간전압강하 검출결과를 제어 관리하는 순간전압강하판단제어수단과, 순간전압강하 검출결과를 저장하고 이전 사이클 전 순간전압강하 검출결과를 상기 순간전압강하판단제어수단으로 제공하기 위한 순간전압강하검출결과저장수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 순간 전압 강하 검출장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 순간전압강하판단제어수단에서는 순간전압강하검출결과저장수단에 설정된 순간전압강하검출을 위한 이전 사이클 시점은 8~32 사이클 중 어느 한 이전 시점인 것을 특징으로 하는 순간 전압 강하 검출장치.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 순간전압강하판단제어수단에서는, 현재 시점에서의 순간전압강하검출결과(V²(tn-Δt))와 설정된 사이클(r) 이전에 얻은 순간전압강하 검출결과V²{t(n-r)-Δt)}를 비교하여 수학식,
   

   

   으로 부터 ΔV²를 얻어 정해진 기준값과 대비하여 순간전압강하를 판단하도록 한 것을 특징으로 하는 순간 전압 강하 검출장치.
   
4. 계통입력전원으로 부터 전압 신호를 검출하고 검출된 전압 신호(Vsinφ)를 시그널 매칭하는 시그널매칭과정,
   상기 시그널 매칭된 계통입력전원 전압 신호(Vsinφ)를 90°위상 지연 하는 위상지연과정,
   상기 시그널매칭과정을 통해 제공된 계통입력전원 전압 신호(Vsinφ)와 90°위상 지연된 계통입력전원 전압 신호(Vcosφ)를 각 제곱 연산하는 제곱연산과정,
   상기 제곱연산과정을 통해 제곱 연산 처리된 원 계통입력전원 전압신호(V²sin²φ)와 90°위상 지연된 신호(V²cos²φ)를 덧셈 연산하여 순간전압강하 검출 값(V²)을 구하는 순간전압강하 검출값연산과정,
   상기 순간전압강하 검출값연산과정을 통해 얻은 순간전압강하 검출값(V²)을 저장하는 순간전압강하 검출값저장과정,
   순간전압강하 검출값연산과정을 통해 얻은 순간전압강하검출 값과 설정된 사이클 이전(r)에 얻은 순간전압강하 검출값을 비교하고 그 비교결과에 따라서 순간전압강하를 검출하는 순간전압강하 판단과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 순간 전압 강하 검출방법.
   
5. 제 4항에 있어서, 상기 순간전압강하 판단과정에서 순간전압강하 검출값연산과정을 통해 얻은 순간전압강하검출값과 대비되는 순간전압강하검출값을 선택하기 위한 사이클 설정값(r)은 8~32 사이클 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 순간 전압 강하 검출방법.
   
6. 제 4항에 있어서, 상기 순간전압강하 판단과정에서는, 현재 시점에서의 순간전압강하검출결과(V²(tn-Δt))와 설정된 사이클(r) 이전에 얻은 순간전압강하 검출결과{V²{t(n-r)-Δt)}를 비교하여 수학식,
   

   

   으로 부터 ΔV²를 얻어진 정상값과 현재값을 대비하여 순간전압강하를 판단하도록 한 것을 특징으로 하는 순간 전압 강하 검출방법.
   
   
   

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