KR101570292B1

KR101570292B1 - Apparatus and method for detecting series arc fault in low voltage dc power distribution system

Info

Publication number: KR101570292B1
Application number: KR1020140062355A
Authority: KR
Inventors: 오윤식; 한준; 권기현; 김두웅; 김철환
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2015-11-19

Abstract

According to embodiments of the present invention, a serial arc malfunction detecting method for a direct current distribution system comprises the following steps: deriving an SD value and an SA value, separately, by performing a wavelet singular value decomposition (WSVD) technique in a measured direct current value of the direct current distribution system; determining a plurality of determination flags, separately, according to the movement of the SD value and movement of the SA value; determining one operation state among a normal state, a serial arc detecting state, a serial arc malfunction state, and a track blocking state according to a combination of the determination flags; and blocking a power track of the direct current distribution system if the determined operation state is the track blocking state. The serial arc malfunction detecting method for a direct current distribution system uses a simple serial arc malfunction determination algorithm having a small amount of operations.

Description

TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a serial arc fault detection apparatus and method for a low voltage direct current distribution system,

본 발명은 저압 직류 배전 계통의 고장 검출에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 저압 직류 배전 계통의 직렬 아크 고장 검출에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to fault detection of a low-voltage DC power distribution system, and more particularly, to a series arc fault detection of a low-voltage DC power distribution system.

직류 배전은 송전 거리가 짧아서 도시 규모의 전력 공급이 어려웠기 때문에 일찌감치 교류 배전에 자리를 빼앗겼지만, 최근에 컴퓨터나 네트워크 장치 또는 디지털 장치들이 폭발적으로 사용됨에 따라 다시 주목받고 있다.DC distribution has lost its place in AC distribution due to the difficulty of power supply on the city scale due to its short transmission distance, but recently it has attracted attention due to explosive use of computers, network devices or digital devices.

통상적으로 아답터나 직류 전원 장치를 이용하여 전원을 공급받는 장치들은 직류 부하를 가지므로 애초부터 직류 배전이 더 적합하다고 볼 수 있는데, 이러한 직류 부하를 가진 장치들이 거의 대부분인 대규모 데이터센터나 직류 전력을 생산하는 태양광 발전 기반의 시설에서는 직류 배전이 적용되고 있다.Generally, devices that are powered by adapters or DC power supplies have a DC load, so DC power distribution is more suitable from the outset, and devices with these DC loads usually produce large data centers or DC power DC power distribution is being applied in PV-based facilities.

한편, 종래의 보호 계전 방식의 차단 기법에서는 전압 또는 전류가 크게 변동하면 회로 차단기를 작동시켜 배전 계통과 부하 설비를 보호한다. 대중적으로는 전류에 의한 화재가 누전과 같은 고장에 의한 큰 전류 때문에 일어난다고 알려져 있지만, 실제로 크고 작은 아크(arc)가 인접한 가연물을 발화시켜 발생하는 화재도 흔히 일어난다.On the other hand, in the conventional protection relay type blocking technique, when the voltage or current greatly fluctuates, the circuit breaker is operated to protect the power distribution system and the load facility. In general, it is known that a current-induced fire is caused by a large current due to a fault such as a short circuit. However, a large and small arc causes a fire which is generated by igniting an adjacent combustible.

아크는 통상적으로 인접한 전극들 사이에서 절연을 파괴하면서 순간적으로 또는 연속적으로 전류가 흐르는 현상을 의미한다. 아크는 플러그 삽입 시에 플러그와 콘센트 사이에서 일어나거나, 전등 스위치나 전동기의 정상적인 동작에서도 발생할 수 있고, 몇몇 장치는 의도적으로 필요에 따라 아크를 일으킬 수도 있다. 의도하지 않은 비정상적인 아크는 예를 들어 자주 잡아 당겨 내부 배선이 손상된 전기 플러그나, 열화된 전선과 배전 계통 사이와 같이, 전압이 걸린 도체 사이의 공극 사이에서 발생할 수 있다.An arc generally refers to a phenomenon in which current flows instantaneously or continuously while breaking insulation between adjacent electrodes. The arc may occur between the plug and the receptacle at the time of insertion of the plug, or may arise from the normal operation of the light switch or the electric motor, and some devices may intentionally cause arcing as required. Unintended and unusual arcs can occur, for example, between an electrical plug that is frequently pulled and an internal wiring is damaged, or a gap between a voltage-carrying conductor, such as between a deteriorated wire and a power distribution system.

직렬 아크(series arc)는 직렬로 연결한 전로가 파손되면서 발생하는 아크로서, 파손된 간극 사이에서 발생한 직렬 아크가 악성일 경우에는 국부적으로 화재로 이어질 수 있을 정도의 고열을 발생시킬 수 있다.A series arc is an arc that occurs when a series-connected transformer is broken. If the series arc generated between the broken gaps is malevolent, it may generate a high degree of heat that can lead to a local fire.

직렬 아크 고장에 의한 전류의 거동은 접속된 부하에 따라 다르지만 일반적으로 회로 차단기를 작동시키는 과전류의 거동과 다르므로 종래의 회로 차단기로는 대처하기 어렵다. 만약 직렬 아크 고장을 방치하면 화재가 일어날 가능성이 커진다.The behavior of the current due to the series arc fault varies with the connected load, but it is difficult to cope with the conventional circuit breaker because it is generally different from the behavior of the overcurrent that operates the circuit breaker. If the series arc fault is neglected, the possibility of a fire is increased.

직류 배전 시스템에서 직렬 아크는 직류 전기 회로 내에서 전기적 불연속, 예를 들어 전원 스위칭, 부하의 급격한 변동 등의 전기적 원인으로 일어날 수도 있고, 컴퓨터 등에 장착된 냉각팬의 지속적인 진동에 의해 커넥터나 단자가 헐거워져 일어나는 경우도 많다고 알려져 있다.In a DC distribution system, the series arc may be caused by an electrical discontinuity in the DC circuit, such as power switching, sudden fluctuations in load, or the like, It is known that many cases occur.

이에 따라 정상적인 상황에서 흔히 발생하며 화재 위험성이 적은 단순한 직렬 아크와 화재를 일으킬 수 있는 악성의 직렬 아크 고장을 구별할 수 있는 수단이 필요하다.Therefore, there is a need for a means to distinguish between a simple series arc, which is common in normal situations, and a small fire hazard, and a malfunctioning series arc fault that can cause a fire.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for detecting a series arc fault for a low voltage direct current distribution system.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 저압 직류 배전 계통을 위해 직렬 아크와 직렬 아크 고장을 분별할 수 있는 직렬 아크 고장 검출 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a serial arc fault detecting apparatus and method capable of discriminating a series arc and a series arc fault for a low voltage direct current distribution system.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 저압 직류 배전 계통을 위해, 복잡하지 않고 연산량이 적은 직렬 아크 고장 판정 알고리즘을 이용하는 직렬 아크 고장 검출 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for detecting a series arc fault using a series arc fault determination algorithm which is not complicated and requires a small amount of calculation for a low voltage direct current distribution system.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The solution to the problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other solutions not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 측면에 따른 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 방법은,According to an aspect of the present invention, there is provided a method of detecting a series arc fault for a DC power distribution system,

일 측면에 따른 직류 배전 계통의 직류 전류 측정치에 대해 웨이블릿 특이값 분해 기법(WSVD)을 수행하여 SD 값과 SA 값을 각각 도출하는 단계;Deriving an SD value and an SA value by performing a wavelet singular value decomposition technique (WSVD) on the DC current measurement of the DC distribution system according to one side;

상기 SD 값의 거동 및 상기 SA 값의 거동에 따라 복수의 판정 플래그들의 값을 각각 결정하는 단계;Determining a value of a plurality of determination flags, respectively, according to the behavior of the SD value and the behavior of the SA value;

상기 판정 플래그들의 조합에 따라, 정상 상태, 직렬 아크 검출 상태, 직렬 아크 고장 상태 및 선로 차단 상태를 적어도 포함하는 동작 상태들 중 어느 한 동작 상태로 판정하는 단계; 및 Determining, based on the combination of the determination flags, any one of operating states including at least a steady state, a series arc detection state, a series arc fault state, and a line breaking state; And

상기 판정된 동작 상태가 선로 차단 상태이면, 상기 직류 배전 계통의 전원 선로를 차단하는 단계를 포함할 수 있다.And disconnecting the power line of the DC power distribution system when the determined operation state is the line cutoff state.

일 실시예에 따라, 상기 SD 값과 SA 값은 각각 다음 수학식According to one embodiment, the SD value and the SA value are respectively expressed by the following equations

에 의해 정의되고, 여기서 SVD(X)는 신호 X의 특이값 분해 함수(Singular Value Decomposition)이고, i는 크기가 n인 이동 윈도우의 샘플링 시작 시간이며, lf는 웨이블릿 변환(Wavelet Transform)을 위한 모함수(mother wavelet)에 따른 필터 길이이고, a1은 웨이블릿 변환될 원 신호의 고 스케일-저주파 성분, d1은 원 신호의 저 스케일-고주파 성분이며, k는 정수 인덱스일 수 있다.Where SVD (X) is the singular value decomposition function of the signal X, i is the sampling start time of the moving window of size n, lf is the sampling time for the wavelet transform (wavelet transform) A 1 is a high-scale low-frequency component of the original signal to be wavelet transformed, d 1 is a low-scale high-frequency component of the original signal, and k can be an integer index.

일 실시예에 따라, 상기 웨이블릿 변환은 레벨 1 이산 웨이블릿 변환(Level 1 DWT)이고 모함수(mother wavelet)는 도뷔시 4(Daubechies 4)에 기반할 수 있다.According to one embodiment, the wavelet transform is a Level 1 discrete wavelet transform (Level 1 DWT) and the mother wavelet may be based on Daubechies 4.

일 실시예에 따라, 상기 SD 값의 거동 및 상기 SA 값의 거동에 따라 복수의 판정 플래그들의 값을 각각 결정하는 단계는,According to one embodiment, the step of determining the values of the plurality of determination flags, respectively, in accordance with the behavior of the SD value and the behavior of the SA value,

상기 SD 값의 과도적 거동과 정상 상태 거동에 따른 적어도 하나의 제1 판정 플래그와, SA 값의 정상 상태 거동에 따른 복수의 제2 판정 플래그들의 값들을 각각 결정하는 단계를 포함할 수 있다.Determining at least one first determination flag according to the transient behavior of the SD value and the steady state behavior, and a plurality of values of the second determination flags according to the steady state behavior of the SA value, respectively.

상기 SD 값의 거동을 통계적으로 수치화한 SD 통계치를 제1 문턱값에 비교한 결과에 따라 적어도 하나의 제1 판정 플래그를 결정하는 단계; 및Determining at least one first determination flag according to a result of comparing an SD statistic value obtained by statistically quantifying the behavior of the SD value to a first threshold value; And

상기 SA 값의 거동을 통계적으로 수치화한 SA 통계치를 제2 문턱값 및 제3 문턱값에 비교한 결과들에 따라 제2 및 제3 판정 플래그들의 값들을 각각 결정하는 단계를 포함할 수 있다.And determining the values of the second and third decision flags, respectively, according to the results of comparing the SA statistic that statistically quantifies the behavior of the SA value to the second threshold value and the third threshold value.

일 실시예에 따라, 상기 SD 통계치 및 상기 SA 통계치는 이동 평균(moving average), 절대값 평균, 제곱 평균 제곱근(root mean square, RMS), 평균 절대 편차, 표준 편차 중 어느 하나의 기법에 기반하여 수치화될 수 있다.According to one embodiment, the SD statistic and the SA statistic are based on a technique of either a moving average, an absolute value mean, a root mean square (RMS), an average absolute deviation, or a standard deviation It can be quantified.

일 실시예에 따라, 상기 제1 내지 제3 판정 플래그들은 논리 "1" 또는 논리 "0" 중 어느 한 값을 가지도록 결정되고,According to one embodiment, the first to third decision flags are determined to have either a logic "1" or a logic "0"

상기 제1 판정 플래그는 상기 SD 통계치가 소정 판정 사이클 동안 연속적으로 상기 제1 문턱값보다 클 경우에만 논리 "1"으로 결정되며,The first determination flag is determined to be logic "1 " only when the SD statistic is continuously greater than the first threshold value for a predetermined determination cycle,

상기 제2 판정 플래그는 상기 SA 통계치가 소정 판정 사이클 동안 연속적으로 상기 제2 문턱값보다 작고 상기 제3 문턱값보다 클 때에만 논리 "1"으로 결정되고,The second determination flag is determined to be logic "1" only when the SA statistic is continuously smaller than the second threshold value and greater than the third threshold value for a predetermined determination cycle,

상기 제3 판정 플래그는 상기 SA 통계치가 소정 판정 사이클 동안 연속적으로 상기 제3 문턱값보다 작을 때에만 논리 "1"으로 결정될 수 있다.The third determination flag may be determined to be logic "1" only when the SA statistic is continuously less than the third threshold value for a predetermined determination cycle.

일 실시예에 따라, 상기 판정 플래그들의 조합에 따라, 동작 상태가, According to one embodiment, depending on the combination of the decision flags,

정상 상태에서, 정상 상태로 유지되거나 또는 직렬 아크 검출 상태로 천이될 수 있고,In a steady state, it may remain steady or may transition to a series arc detection state,

직렬 아크 검출 상태에서, 직렬 아크 검출 상태로 유지되거나, 정상 상태로 복귀되거나 또는 직렬 아크 고장 상태로 천이될 수 있으며,In a series arc detection state, it may be maintained in a series arc detection state, returned to a normal state, or transitioned to a series arc fault state,

직렬 아크 고장 상태에서, 소정 대기 시간 이상 유지되면 선로 차단 상태로 천이되거나, 또는 정상 상태로 복귀될 수 있다.In a series arc fault state, if the power supply is maintained for a predetermined waiting time or longer, it may transition to a line shutoff state or return to a normal state.

일 실시예에 따라, 상기 판정 플래그들의 조합에 따라, 정상 상태, 직렬 아크 검출 상태, 직렬 아크 고장 상태 및 선로 차단 상태를 적어도 포함하는 동작 상태들 중 어느 한 동작 상태로 판정하는 단계는,According to one embodiment, the step of determining, in accordance with the combination of the determination flags, any one of the operating states including at least the steady state, the series arc detection state, the series arc failure state,

상기 판정 플래그들의 조합에 따라, 정상 상태, 직렬 아크 검출 상태, 직렬 아크 고장 상태, 직렬 아크 소멸 상태, 부하 제거 상태, 부하 재투입 상태, 선로 스위칭 상태 및 선로 차단 상태를 적어도 포함하는 동작 상태들 중 어느 한 동작 상태로 판정하는 단계를 포함할 수 있다.And a control unit that, in accordance with the combination of the determination flags, determines at least one of operation states including at least a steady state, a series arc detection state, a series arc fault state, a serial arc decay state, a load removal state, a load re- And a step of determining to be in one of the operating states.

정상 상태에서, 정상 상태로 유지되거나, 직렬 아크 검출 상태, 부하 제거 상태 또는 선로 스위칭 상태로 천이될 수 있고,In a steady state, it may be maintained in a steady state, or may be transitioned to a series arc detection state, a load removal state, or a line switching state,

직렬 아크 고장 상태에서, 소정 대기 시간 이상 유지되면 선로 차단 상태로 천이되거나, 또는 정상 상태로 복귀되거나, 직렬 아크 소멸 상태 또는 선로 스위칭 상태로 천이될 수 있고,In a series arc fault state, if it is maintained for a predetermined waiting time or longer, it can be transited to a line cutoff state, a normal state, or a transition to a serial arc extinction state or a line switching state,

직렬 아크 소멸 상태에서, 직렬 아크 소멸 상태로 유지되거나, 정상 상태로 복귀될 수 있으며,In the series arc extinction state, the series arc extinction state may be maintained or returned to the normal state,

부하 제거 상태에서, 부하 제거 상태로 유지되거나, 부하 재투입 상태, 직렬 아크 고장 상태 또는 선로 스위칭 상태로 천이될 수 있고,In the load unloading state, the load unloading state can be maintained, or the load reloading state, the serial arc failure state, or the line switching state can be transited,

부하 재투입 상태에서, 부하 재투입 상태로 유지되거나, 정상 상태로 복귀되거나, 부하 제거 상태 또는 직렬 아크 검출 상태로 천이될 수 있으며,The load can be kept in the reloaded state, returned to the normal state, transitioned to the load removed state or the series arc detection state in the reloading state,

선로 스위칭 상태에서, 선로 스위칭 상태로 유지되거나, 정상 상태로 복귀될 수 있다.In the line switching state, the line switching state can be maintained or the normal state can be restored.

본 발명의 다른 측면에 따른 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 장치는,According to another aspect of the present invention, there is provided a series arc fault detecting apparatus for a DC power distribution system,

직류 배전 계통의 직류 전류 측정치에 대해 웨이블릿 특이값 분해 기법(WSVD)을 수행하여 SD 값과 SA 값을 각각 도출하는 웨이블릿 특이값 분해 연산부;A wavelet singular value decomposition operation unit for deriving an SD value and an SA value by performing wavelet singular value decomposition (WSVD) on the DC current measurement of the DC distribution system;

상기 SD 값의 거동 및 상기 SA 값의 거동에 따라 복수의 판정 플래그들의 값을 각각 결정하는 판정 플래그 산출부;A determination flag calculation unit that determines values of a plurality of determination flags, respectively, in accordance with the behavior of the SD value and the behavior of the SA value;

상기 판정 플래그들의 조합에 따라, 정상 상태, 직렬 아크 검출 상태, 직렬 아크 고장 상태 및 선로 차단 상태를 적어도 포함하는 동작 상태들 중 어느 한 동작 상태로 판정하는 동작 상태 판정부; 및 An operation state judging unit which judges, based on the combination of the determination flags, at least one of operation states including at least a steady state, a series arc detection state, a series arc fault state, and a line break state; And

상기 판정된 동작 상태가 선로 차단 상태이면, 상기 직류 배전 계통의 전원 선로를 차단하는 차단 신호 생성부를 포함할 수 있다.And a shutoff signal generator for shutting off the power line of the DC power distribution system when the determined operation state is the line shutoff state.

에 의해 정의되고, 여기서 SVD(X)는 신호 X의 특이값 분해 함수이고, i는 크기가 n인 이동 윈도우의 샘플링 시작 시간이며, lf는 웨이블릿 변환을 위한 모함수에 따른 필터 길이이고, a1은 웨이블릿 변환될 원 신호의 고 스케일-저주파 성분, d1은 원 신호의 저 스케일-고주파 성분이며, k는 정수 인덱스일 수 있다., Where SVD (X) is the singular value decomposition function of signal X, i is the sampling start time of the moving window of size n, lf is the filter length according to the number of frames for wavelet transform, and a 1 Is a high-scale-low-frequency component of the original signal to be wavelet-transformed, d 1 is a low-scale-high-frequency component of the original signal, and k can be an integer index.

일 실시예에 따라, 상기 판정 플래그 산출부는,According to one embodiment, the determination flag calculating section may calculate,

상기 SD 값의 과도적 거동과 정상 상태 거동에 따른 적어도 하나의 제1 판정 플래그와, SA 값의 정상 상태 거동에 따른 복수의 제2 판정 플래그들의 값들을 각각 결정하도록 동작할 수 있다.At least one first decision flag according to the transient behavior and the steady state behavior of the SD value, and a plurality of second decision flags according to the steady state behavior of the SA value, respectively.

상기 SD 값의 거동을 통계적으로 수치화한 SD 통계치를 제1 문턱값에 비교한 결과에 따라 적어도 하나의 제1 판정 플래그를 결정하고,Determining at least one first determination flag according to a result of comparing an SD statistic value obtained by statistically quantifying the behavior of the SD value to a first threshold value,

상기 SA 값의 거동을 통계적으로 수치화한 SA 통계치를 제2 문턱값 및 제3 문턱값에 비교한 결과들에 따라 제2 및 제3 판정 플래그들의 값들을 각각 결정하도록 동작할 수 있다.And to determine the values of the second and third determination flags, respectively, according to the results of comparing the SA statistics statistically quantifying the behavior of the SA values to the second threshold value and the third threshold value.

일 실시예에 따라, 상기 SD 통계치 및 상기 SA 통계치는 이동 평균, 절대값 평균, 제곱 평균 제곱근, 평균 절대 편차, 표준 편차 중 어느 하나의 기법에 기반하여 수치화될 수 있다.According to one embodiment, the SD statistic and the SA statistic may be quantified based on any one of a moving average, an absolute value mean, a root mean square, an average absolute deviation, and a standard deviation.

일 실시예에 따라, 상기 동작 상태 판정부는,According to one embodiment, the operating state determination section determines,

상기 판정 플래그들의 조합에 따라, 정상 상태, 직렬 아크 검출 상태, 직렬 아크 고장 상태, 직렬 아크 소멸 상태, 부하 제거 상태, 부하 재투입 상태, 선로 스위칭 상태 및 선로 차단 상태를 적어도 포함하는 동작 상태들 중 어느 한 동작 상태로 판정하도록 동작할 수 있다.And a control unit that, in accordance with the combination of the determination flags, determines at least one of operation states including at least a steady state, a series arc detection state, a series arc fault state, a serial arc decay state, a load removal state, a load re- It is possible to operate to determine one of the operating states.

본 발명의 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 장치 및 방법에 따르면, 직렬 아크와 직렬 아크 고장을 분별할 수 있다.According to the apparatus and method for detecting a series arc fault for a low voltage direct current distribution system of the present invention, it is possible to distinguish between a series arc and a series arc fault.

본 발명의 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 장치 및 방법에 따르면, 복잡하지 않고 연산량이 적은 직렬 아크 고장 판정 알고리즘을 이용하여 직렬 아크와 직렬 아크 고장을 분별할 수 있다.According to the apparatus and method for detecting a series arc fault for a low-voltage DC power distribution system of the present invention, it is possible to discriminate a series arc and a series arc fault by using a series arc fault determination algorithm which is not complicated and requires a small calculation amount.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 방법을 예시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 방법에서 고정 갭 거리 고장(fixed gap distance fault) 시의 직렬 아크 전류 파형을 예시한 파형도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 방법에서 일정 갭 속도 고장(constant gap speed fault) 시의 직렬 아크 전류 파형을 예시한 파형도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 방법에서 고정 갭 거리 고장 시의 직렬 아크 전류에 대한 SA(Singular value of Approximation) 파형과 SD(Sum of the absolute value of Detail) 파형을 각각 예시한 파형도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 방법에서 일정 갭 속도 고장 시의 직렬 아크 전류에 대한 SA 파형과 SD 파형을 각각 예시한 파형도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 방법에서 부하 제거(load rejection)과 투입(load injection) 시의 DC 전원 전류에 대한 SA 파형과 SD 파형을 각각 예시한 파형도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 방법에서 선로 스위칭(line switching) 시의 DC 전원 전류에 대한 SA 파형과 SD 파형을 각각 예시한 파형도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 방법에서 일어나는 이벤트들에 따른 상태 다이어그램을 도식화한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 방법을 통해, 처음에는 단순한 부하 제거 상황이었는데 직렬 아크 고장으로 이어진 경우에 상태 변동과 고장 검출 신호의 발생을 시간적으로 도식화한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 장치를 예시한 블록도이다.1 is a flowchart illustrating a method of detecting a series arc fault for a low voltage direct current distribution system according to an embodiment of the present invention.
2 is a waveform diagram illustrating a series arc current waveform at a fixed gap distance fault in a method of detecting a series arc fault for a low voltage direct current distribution system according to an embodiment of the present invention.
3 is a waveform diagram illustrating a series arc current waveform at a constant gap speed fault in a method of detecting a series arc fault for a low voltage direct current distribution system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the SA (Singular value of approximation) waveform and the SD (Sum of the absolute value) of the series arc current at the time of the fixed gap distance in the series arc fault detection method for the low voltage direct current distribution system according to the embodiment of the present invention. of Detail waveform shown in Fig.
5 is a waveform diagram illustrating an SA waveform and an SD waveform for a series arc current at a constant gap speed failure in a method of detecting a series arc fault for a low voltage direct current distribution system according to an embodiment of the present invention.
6 illustrates an example of an SA waveform and an SD waveform for a DC power supply current at the time of load rejection and load injection in a method of detecting a series arc fault for a low voltage DC distribution system according to an embodiment of the present invention. It is a waveform diagram.
7 is a waveform diagram illustrating an SA waveform and an SD waveform for a DC power supply current during line switching in a method of detecting a series arc fault for a low voltage DC distribution system according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a state diagram according to events occurring in the method of detecting a series arc fault for a low-voltage DC distribution system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a series arc fault detection method for a low-voltage direct current distribution system according to an embodiment of the present invention. In the case of a series arc fault at first, the state change and the occurrence of a fault detection signal are temporally Fig.
10 is a block diagram illustrating a series arc fault detection apparatus for a low voltage direct current distribution system according to an embodiment of the present invention.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.For the embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be practiced in various forms, The present invention should not be construed as limited to the embodiments described in Figs.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.

먼저, 직류 배전 계통에서 직류 직렬 아크는 다음과 같이 수학적으로 모델링될 수 있다.First, a DC series arc in a DC distribution system can be mathematically modeled as follows.

직렬 아크는 접촉 불량인 커넥터들이나 단자들 사이의 불연속 지점에서 전류가 계속해서 흐르려 할 때에 커넥터들 또는 단자들 사이의 절연이 일시적으로 파괴되면서 불안정한 전류 경로가 생기는 것이고, 이러한 직렬 아크가 절연이 파괴된 유전체를 이온화시키는 고온 플라즈마 아크의 형성에 의해 유지되면 고장(fault)으로 간주하여야 한다.A series arc is an unstable current path resulting in temporary breakdown of the insulation between the connectors or terminals when continuity of current flow at disconnected points between disconnected connectors or terminals, And maintained by the formation of a high temperature plasma arc that ionizes the deposited dielectric, it should be regarded as a fault.

직렬 아크는 회로에 직렬 저항이 추가된 것과 마찬가지이므로 부하에 공급되는 전체적인 전류가 조금 감소하는데, 이러한 감소가 직렬 아크 때문인지 실제로 부하 저항의 증가 때문인지 알 수 없으므로 기존의 누전 회로 차단기로는 직렬 아크를 검출할 수 없다. 또한 직렬 아크는 매우 랜덤한 특성을 가지기 때문에 파형의 시계열적 분석이나 주파수 대역 분석으로 파악하기 어렵다.Since the series arc is the same as adding a series resistor to the circuit, the overall current supplied to the load is slightly reduced, and it is not known whether this decrease is due to a series arc or an actual increase in load resistance. Can not be detected. In addition, since the series arcs have very random characteristics, it is difficult to grasp the waveforms by the time-series analysis or the frequency band analysis.

직렬 아크의 전기적 등가 회로는 다음 수학식 1과 같이 갭(gap) 사이에 직렬 연결된 기전력 펄스 전압(e_gap)과 비선형 직렬 아크 저항(R_gap)이 있는 것처럼 모델링될 수 있다. 이때, 직렬 아크 저항(R_gap)의 양단 전압은 v_q로, 직렬 아크 저항(R_gap)에 흐르는 전류, 즉 직렬 아크 전류는 i_gap으로 표현된다. 직렬 아크 저항(R_gap)에 의한 발열은 직렬 아크에 의한 발열로 해석될 수 있다.The electrically equivalent circuit of the series arc can be modeled as if there is an electromotive force pulse voltage e _gap and a nonlinear series arc resistance R _gap connected in series between the gaps as shown in the following equation (1). At this time, the voltage across the arc of the series resistance (R _gap) is a v _q, a current flowing through the series arc resistance (R _gap), i.e. in series arc current i is expressed by the _gap. The heat generated by the series arc resistance (R _gap ) can be interpreted as the heat generated by the series arc.

여기서, V_dc는 직렬 아크 고장이 발생하기 직전의 평균 직류 전압이고, α는 전압(v_q)의 기울기를 결정하는 변수이며, q는 아크의 랜덤 특성을 의미하는 변수이고, a는 기전력 펄스 전압(e_gap)의 크기이며, λ는 기전력 펄스 전압(e_gap)의 기울기이며, b는 전자기 펄스(EMP)의 기울기이고, I_load는 직렬 아크 고장이 발생하기 직전의 부하(load)에 흐르는 전류이며, x_gap은 아크가 발생하는 갭(gap)의 물리적 거리이다.Here, V _dc is an average direct current voltage immediately before the occurrence of a series arc fault, a is a variable for determining the slope of the voltage (v _q ), q is a variable indicating the random characteristic of the arc, a is an electromotive force pulse voltage the size of the (e _gap), λ is the electromotive force and the gradient of the pulse voltage (e _gap), b is the slope of the electromagnetic pulse (EMP), I _load is the current flowing in the immediately prior to the series arc fault generation load (load) , And x _gap is the physical distance of the gap where the arc occurs.

다음으로, 좀더 현실적인 직렬 아크 고장 검출을 위해, 직렬 아크가 발생하는 도체들 사이의 갭이 일정할 경우와 시간에 따라 변하는 경우를 위의 수학식 1의 등가 회로 모델을 이용하여 가정할 수 있다. 갭의 너비가 변하는 경우는 갭 너비 변화 속도가 일정한 것으로 단순화하였다. 두 경우의 각각에 따른 고장을 고정 갭 거리 고장(fixed gap distance fault)과 일정 갭 속도 고장(constant gap speed fault)이라고 명명하였다.Next, for more realistic series arc fault detection, it can be assumed that the gap between the conductors generated by the series arc is constant and varies with time, using the equivalent circuit model of Equation 1 above. When the width of the gap is changed, the gap width variation rate is simplified to be constant. The failure of each of the two cases was termed a fixed gap distance fault and a constant gap speed fault.

한편, 본 발명의 직렬 아크 고장 검출 방법은 비정방 행렬의 특이값을 분석하는 신호처리 기법인 웨이블릿 특이값 분해 기법(Wavelet Singular Value Decomposition, WSVD)을 이용한다.Meanwhile, the serial arc fault detection method of the present invention uses a wavelet singular value decomposition (WSVD), which is a signal processing technique for analyzing the singular value of a non-periodic matrix.

웨이블릿 특이값 분해 기법은 신호의 시간에 따른 주파수 및 크기 변화를 동시에 분석하기에 적합한 웨이블릿 변환(Wavelet Transform, WT)이라는 분석 기법과 비정방 행렬의 특이값을 분석하는 신호처리 기법인 특이값 분해 기법(Singular Value Decomposition)을 결합한 분석 기법이다. The wavelet singular value decomposition method is a wavelet transform (WT) analysis method which is suitable for simultaneously analyzing the frequency and magnitude change of a signal over time and a singular value decomposition technique which is a signal processing technique for analyzing the singular value of a non- (Singular Value Decomposition).

웨이블릿 변환은 원 신호로부터 동시에 시간 도메인의 정보와 주파수 도메인의 정보를 추출할 수 있고, 이러한 변환은 아날로그 회로 기반으로도 처리될 수 있고 디지털 회로 기반으로도 처리될 수 있다.The wavelet transform can simultaneously extract time domain information and frequency domain information from the original signal, and these transformations can be processed on the basis of analog circuits and also on the basis of digital circuits.

특히 이산 웨이블릿 변환(Discrete Wavelet Transfor, DWT)은 디지털화된 시스템에 적합하다.In particular, discrete wavelet transform (DWT) is suitable for digitized systems.

이산 웨이블릿 변환은 다음 수학식 2와 같이 원 신호 x[k]를 변환한다.The discrete wavelet transform transforms the original signal x [k] as shown in the following equation (2).

여기서 ψ[k]는 머더 웨이블렛(mother wavelet), 또는 모함수이고, a₀ ^m은 스케일 파라미터, na₀ ^mb₀는 모함수 ψ[k]의 시간 이동(time shift) 파라미터이다.Where [phi] [k] is the mother wavelet, or the number of frames, a ₀ ^m is the scale parameter, and na ₀ ^m b ₀ is the time shift parameter of the number of frames ψ [k].

이산 웨이블릿 변환은 원 신호로부터 고 스케일-저주파(high-scale and low frequency) 성분과 저 스케일-고주파(low-scale and high frequency) 성분을 도출한다.The discrete wavelet transform derives high-scale and low-frequency components and low-scale and high-frequency components from the original signal.

이산 웨이블릿 변환의 성능은 모함수에 의존적인데 예를 들어 통상적인 전력 시스템의 과도 분석(transient analysis)에 널리 이용되는 Daubechies 4(db4)를 모함수로 이용할 수 있다. 또한 연산량 및 연산 시간과 정확도 사이에 타협에 따라, 레벨 1 이산 웨이블릿 변환이 이용될 수 있다.The performance of the discrete wavelet transform depends on the number of demodulators. For example, Daubechies 4 (db4), which is widely used for transient analysis of a conventional power system, can be used as the set number. Also, level 1 discrete wavelet transform can be used in accordance with the compromise between computation volume and computation time and accuracy.

특이값 분해 기법은 비정방 행렬의 특이값을 구하는 방법으로서, 실수 또는 복소수로 이루어진, 크기가 m×n이고 랭크(rank)가 r인 행렬 A에 대해 다음 수학식 3과 같이 분해할 수 있다.The singular value decomposition technique is a method for obtaining a singular value of a non-regular matrix, and can be decomposed into a matrix A having a size m × n and a rank r, which is a real number or a complex number,

여기서, T는 전치 행렬(transpose)을 의미하고, U는 AA^T의 m×m인 직교정규(orthonormal) 고유벡터 행렬(eigenvector matrix)이며, V는 A^TA의 n×n의 직교정규 고유벡터이며, Σ는 다음 수학식 4와 같이 정의되는 m×n 행렬이다.Where U is an orthonormal eigenvector matrix with m x m of AA ^T and V is an orthonormal eigenvector of n x n of A ^T A, , And [Sigma] is an mxn matrix defined by the following equation (4).

여기서, S는

인 r×r 대각 행렬(diagonal matrix)이고 σ 값들이 특이값 분해 기법에 의해 연산되는 특이값들이다.Where S is

R is a diagonal matrix and σ values are the singular values computed by the singular value decomposition method.

특이값 분해 기법에 따라 연산되는 특이값들 σ은 σ₁>σ₂>...>σ_r>0인 성질을 가지고 있어서, 신호의 크기에 관련된 분석에 효과적이다.The singular values σ computed according to the singular value decomposition technique are σ ₁ > σ ₂ >...> σ _r > 0, which is effective for the analysis of the signal size.

웨이블릿 특이값 분해 기법은 크기가 n인 이동 윈도우(moving window)를 통해 신호 x가 입력될 때에 웨이블릿 변환을 통해 얻은 근사치 성분과 세부 성분을 각각 얻고, 근사치 성분에 대해 특이값 분해 기법을 거쳐 SA(Singular Value of Approximation)을 얻으며, 세부 성분의 절대값의 합으로써 SD(Sum of the absolute value of Detail)을 얻는 기법이다.The wavelet singular value decomposition method obtains the approximate and detailed components obtained by the wavelet transform when the signal x is input through a moving window of size n, Singular Value of Approximation) and obtains the sum of the absolute value of detail (SD) as the sum of the absolute values of the sub-components.

SA와 SD는 원 신호의 저주파 속성과 고주파 속성을 각각 대변하며, 본 발명에서는 다음 수학식 5와 같이 정의될 수 있다.SA and SD represent the low-frequency property and the high-frequency property of the original signal, respectively. In the present invention, the SA and SD can be defined by the following Equation (5).

여기서, i는 크기가 n인 이동 윈도우의 샘플링 시작 시간이고, lf는 모함수에 따른 필터 길이이며, a1은 원 신호의 고 스케일-저주파 성분, d1은 원 신호의 저 스케일-고주파 성분을 의미하며, k는 정수 인덱스이다.Here, i is the size of the start sampling of the moving window of time n, lf is the filter length corresponding to the number of carriers, a 1 is a high scale of the original signal, a high-frequency component - low-frequency component, d 1 is that the scale of the original signal And k is an integer index.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 방법을 예시한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of detecting a series arc fault for a low voltage direct current distribution system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 단계(S11)에서, 직류 배전 계통의 직류 전류 측정치에 대해 웨이블릿 특이값 분해 기법(WSVD)을 수행하여 SD 값과 SA 값을 각각 도출한다.Referring to FIG. 1, in step S11, a wavelet singular value decomposition technique (WSVD) is performed on a direct current measurement value of a DC distribution system to derive an SD value and an SA value, respectively.

SD 값과 SA 값은 각각 상술한 수학식 5에서 정의된 바와 같다. 이때, 예시적으로, 웨이블릿 변환은 레벨 1 이산 웨이블릿 변환(Level 1 DWT)이고 모함수(mother wavelet)는 도뷔시 4(Daubechies 4)일 수 있다.The SD value and the SA value are respectively as defined in Equation (5). At this time, illustratively, the wavelet transform may be a level 1 discrete wavelet transform (Level 1 DWT) and the mother wavelet may be Daubechies 4.

단계(S12)에서, SD 값의 거동(behavior) 및 SA 값의 거동에 따라 복수의 판정 플래그들(F1, F2, F3)의 값을 각각 결정한다.In step S12, the values of the plurality of determination flags F1, F2, and F3 are determined in accordance with the behavior of the SD value and the behavior of the SA value, respectively.

구체적으로는, 단계(S12)에서, SD 값의 과도적(transient) 거동과 정상 상태(steady-state) 거동에 따른 적어도 하나의 판정 플래그(F1)와, SA 값의 정상 상태 거동에 따른 복수의 판정 플래그들(F2, F3)의 값들을 각각 결정할 수 있다.Specifically, at step S12, at least one determination flag F1 depending on the transient behavior of the SD value and the steady-state behavior and a plurality of And determine the values of the determination flags F2 and F3, respectively.

좀더 구체적으로, 소정 시간에 걸친 SD 값의 거동 및 SA 값의 거동을 각각 통계적으로 수치화한 SD 통계치와 SA 통계치를 문턱값들에 비교한 결과들에 따라 복수의 판정 플래그들(F1, F2, F3)의 값들을 각각 결정할 수 있다.More specifically, a plurality of determination flags F1, F2, F3 (corresponding to F1, F2, F3) are generated according to the results of comparing SD statistics and SA statistics obtained by statistically quantifying the behavior of the SD value and the behavior of the SA value over a predetermined time, ), Respectively.

통계적 수치화와 판정 플래그 값들의 결정에 대해서는 수학식 6 및 표 1을 참조하여 후술한다.Statistical quantification and determination of determination flag values will be described later with reference to Equation (6) and Table 1.

한편, 앞서 가정한 고정 갭 거리 고장 시와 일정 갭 속도 고장 시에 SA 값과 SD 값의 거동을 설명하기 위해 도 2 내지 도 6을 참조할 수 있다.2 to 6 to describe the behavior of the SA value and the SD value at the time of the fixed gap distance failure and the constant gap speed failure assumed above.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 방법에서 고정 갭 거리 고장 시의 직렬 아크 전류 파형을 예시한 파형도이고, 도 3은 일정 갭 속도 고장(constant gap speed fault) 시의 직렬 아크 전류 파형을 예시한 파형도이다.FIG. 2 is a waveform diagram illustrating a series arc current waveform at the time of a fixed gap distance failure in a method of detecting a series arc fault for a low-voltage DC power distribution system according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a graph showing a constant gap speed fault) of the arc current waveform.

도 2를 참조하면, 직류 배전 시스템 내의 어떤 랜덤 위치에 나타난 고정 갭 거리로 고정된 갭에서 직렬 아크가 고장으로 분류될 정도로 발생하다가 사라지는 경우에, 직렬 아크 전류는 DC 값이 일정 크기만큼 감소하고 상당한 수준의 고주파의 잡음이 섞인 형태로 나타나다가, 직렬 아크의 원인인 갭이 없어지면서 함께 사라진다. 이러한 고주파 잡음은 절연의 파괴로 순간적으로 생겼다가 사라지기를 반복하는 아크의 거동을 반영한 것이다.Referring to Figure 2, if the series arc occurs and disappears so that the series arc is classified as a fault in a fixed gap with a fixed gap distance shown at some random location in the DC distribution system, the series arc current will decrease by a certain amount, Level high-frequency noise, but disappears along with the disappearance of the gap, which is the cause of the series arc. This high-frequency noise reflects the behavior of an arc that repeats itself instantaneously and disappear due to the breakdown of the insulation.

한편 도 3을 참조하면, 직류 배전 시스템 내의 어떤 랜덤 위치에 나타난 일정 갭 속도로 변동하는 갭에서 직렬 아크가 고장으로 분류될 정도로 발생하다가 사라지는 경우에, 직렬 아크 전류는 DC 값이 일정 갭 속도에 비례하여 점점 더 많이 감소하고 상당한 수준의 고주파의 잡음이 섞인 형태로 나타나다가, 직렬 아크의 원인인 갭이 없어지면서 함께 사라진다. 3, if the series arc occurs and disappears so that the series arc is classified as a fault in a gap that varies at a constant gap speed, which is shown at some random position in the DC distribution system, the series arc current is proportional to the constant gap velocity And it appears as a mixture of high-frequency noise, but it disappears with the gap disappearing causing the series arc.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 방법에서 고정 갭 거리 고장 시의 직렬 아크 전류에 대한 SA(Singular value of Approximation) 파형과 SD(Sum of the absolute value of Detail) 파형을 각각 예시한 파형도이고, 도 5는 일정 갭 속도 고장 시의 직렬 아크 전류에 대한 SA 파형과 SD 파형을 각각 예시한 파형도이다.FIG. 4 is a graph showing the relationship between the SA (Singular value of approximation) waveform and the SD (Sum of the absolute value) of the series arc current at the time of the fixed gap distance in the series arc fault detection method for the low voltage direct current distribution system according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a waveform diagram illustrating an SA waveform and an SD waveform with respect to a series arc current at a constant gap speed failure, respectively. FIG.

상술한 수학식 5에 따라, SA 파형은 직렬 아크 전류의 저주파 거동을 반영하고 SD 파형은 직렬 아크 전류의 고주파 거동을 반영함을 알 수 있다. According to Equation (5), it can be seen that the SA waveform reflects the low frequency behavior of the series arc current and the SD waveform reflects the high frequency behavior of the series arc current.

이에 따라, 도 2의 직렬 아크 전류에 대한 도 4의 SA 파형은 직렬 아크 전류의 DC 크기에 상응하는 소정의 오프셋(offset)과 리플을 가지는 파형으로 나타났고, 도 4의 SD 파형은 대체로 크기가 일정 레벨을 넘지 않는 잡음과 같은 파형으로 나타났다.Thus, the SA waveform of FIG. 4 for the series arc current of FIG. 2 appears as a waveform with a predetermined offset and ripple corresponding to the DC magnitude of the series arc current, and the SD waveform of FIG. Noise exceeding a certain level appears as a waveform.

또한 도 3의 직렬 아크 전류에 대한 도 5의 SA 파형은 직렬 아크 전류의 DC 크기에 상응하여 점점 작아지는 오프셋과 점점 커지는 리플을 가지는 파형으로 나타났고, 도 5의 SD 파형은 대체로 크기가 점점 커지는 잡음과 같은 파형으로 나타났다.In addition, the SA waveform of FIG. 5 for the series arc current of FIG. 3 appears as a waveform having a gradually decreasing offset and a gradually increasing ripple corresponding to the DC magnitude of the series arc current, and the SD waveform of FIG. 5, Noise.

한편, 직렬 아크 고장이 아닌 경우에 SA 파형과 SD 파형은 다음과 같이 예시될 수 있다.On the other hand, in the case of not a series arc fault, the SA waveform and the SD waveform can be illustrated as follows.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 방법에서 부하 제거(load rejection)과 투입(load injection) 시의 정상적인 DC 전원 전류에 대한 SA 파형과 SD 파형을 각각 예시한 파형도이고, 도 7은 선로 스위칭(line switching) 시의 정상적인 DC 전원 전류에 대한 SA 파형과 SD 파형을 각각 예시한 파형도이다.6 is a graph showing the relationship between the SA waveform and the SD waveform for the normal DC power supply current at the time of load rejection and load injection in the series arc fault detection method for the low voltage direct current distribution system according to the embodiment of the present invention, 7 is a waveform diagram illustrating an SA waveform and an SD waveform with respect to a normal DC power supply current at the time of line switching.

도 6을 참조하면, SA 파형은 부하 변동에 따라 변동되는 DC 전원 전류의 크기에 상응하는 소정의 오프셋과 미미한 리플을 가지는 파형으로 나타났고, SD 파형은 부하의 제거 시점과 재투입 시점에만 일시적인 잡음과 같은 파형으로 나타났다.Referring to FIG. 6, the SA waveform appears as a waveform having a predetermined offset and a slight ripple corresponding to the magnitude of the DC power supply current fluctuating according to the load fluctuation. The SD waveform has transient noise only at the time of removing the load and re- As shown in Fig.

도 7을 참조하면, SA 파형은 선로 스위칭에 따라 DC 전원 전류의 차단에 상응하는 파형으로 나타났고, SD 파형은 선로 스위칭 시점에만 일시적인 잡음과 같은 파형으로 나타났다.Referring to FIG. 7, the SA waveform is represented by a waveform corresponding to the interruption of the DC power supply current according to the line switching, and the SD waveform appears as a temporary noise-like waveform only at the time of line switching.

도 4 및 도 5와 같은 경우에는 화재 발생이나 더 큰 고장을 방지하기 위해서 선로가 트립(trip)되어야 하지만, 도 6 및 도 7과 같은 상황은 정상적인 상황이므로 선로가 트립되어서는 안된다.In the case of FIGS. 4 and 5, the line must be tripped to prevent a fire or a larger failure. However, the situation shown in FIGS. 6 and 7 is normal and the line should not be tripped.

이를 위해 도 4 내지 도 7의 SA 파형 및 SD 파형들을 관찰한 결과, 발명자는 직렬 아크 발생 시의 SA 파형의 변동은 부하 제거, 부하 투입 또는 선로 스위칭 시의 SA 파형의 변동에 비해 훨씬 적다는 점과, 직렬 아크 발생 시의 SD 파형의 변동은 부하 제거, 부하 투입 또는 선로 스위칭 시의 SD 파형의 변동에 비해 훨씬 오래 유지된다는 점을 알 수 있었다.As a result of observing SA waveforms and SD waveforms shown in FIGS. 4 to 7, the inventors found that the variation of the SA waveform at the occurrence of the series arc is much smaller than the variation of the SA waveform at the time of load removal, load input, or line switching And that the fluctuation of the SD waveform at the occurrence of the series arc is maintained much longer than the fluctuation of the SD waveform at the time of load elimination, load input or line switching.

이에 따라, 소정 시간에 걸친 SD 값의 거동 및 SA 값의 거동을 하나의 수치로 나타내기 위해서는 SD 값들 및 SA 값들을 각각 통계적으로 수치화할 필요가 있다.Accordingly, in order to represent the behavior of the SD value over a predetermined time and the behavior of the SA value as a single value, it is necessary to statistically quantify the SD values and the SA values, respectively.

통계적 수치화는 예를 들어 SD 값들 및 SA 값들의 이동 평균(moving average), 절대값 평균, 제곱 평균 제곱근(root mean square, RMS), 평균 절대 편차, 표준 편차 등으로 구현될 수 있다.The statistical quantification may be implemented by, for example, a moving average of SD values and SA values, an absolute value mean, a root mean square (RMS), an average absolute deviation, a standard deviation, and the like.

예시적으로 제곱 평균 제곱근(RMS)을 이용하는 사례로서 설명하면 아래와 같다.An example of using square root mean square (RMS) is illustrated below.

현재 시점 t의 과거 샘플들, 예를 들어 24Δt 이전까지의 샘플들의 RMS 값을 다음 수학식 6과 같이 산출하고, RMS 값을 소정 문턱값에 비교하여 특정 이벤트의 발생 여부를 판정할 수 있다.The RMS value of the past samples of the present time point t, for example, up to 24 delta t may be calculated as shown in Equation (6), and the RMS value may be compared with a predetermined threshold value to determine whether or not a specific event occurs.

직렬 아크 고장 시에 SD 파형이 정상적인 부하 변동이나 선로 스위칭 시의 SD 파형에 비해 훨씬 오랫동안 진동하므로, 직렬 아크 고장 시의 SD_rms는 정상적인 상황의 SD_rms에 비해 훨씬 클 것이 명백하다.It is evident that the SD _rms at the time of a series arc failure is much greater than the SD _rms under normal conditions, since the SD waveform oscillates much longer than the SD waveform at the time of normal load variation or line switching.

따라서, SD_rms는 SD 값의 과도적 거동과 정상 상태 거동을 판별할 수 있도록 통계적 수치화된 값이라 할 수 있고, SD_rms를 소정의 제1 문턱값에 비교한 결과로써, SD 값의 과도적 거동과 정상 상태 거동에 따른 적어도 하나의 제1 판정 플래그(F1)를 생성할 수 있다. Therefore, SD _rms can be regarded as a statistical numerical value for discriminating the transient behavior of the SD value and the steady-state behavior. As a result of comparing the SD _rms to the predetermined first threshold value, the transient behavior of the SD value And at least one first determination flag (F1) according to the steady state behavior.

예를 들어, SD_rms가 소정 제1 문턱값 β보다 작으면 직렬 아크가 아니므로 제1 판정 플래그(F1)가 "0"로 결정될 수 있고, SD_rms가 소정 제1 문턱값 β보다 크면 직렬 아크를 검출하였다는 제1 판정 플래그(F1)가 "1"로 결정될 수 있다.For example, if SD _rms is less than the predetermined first threshold value?, The first determination flag Fl can be determined to be "0" because it is not a serial arc, and if SD _rms is greater than the predetermined first threshold value? May be determined as "1 ".

나아가, SD_rms가 소정 판정 사이클 동안, 예를 들어 3 판정 사이클 동안, 연속으로 소정 제1 문턱값 β보다 클 경우에만 제1 판정 플래그(F1)가 "1"로 결정될 수 있다.Further, the first determination flag F1 may be determined to be "1 " only when SD _rms is continuously greater than a predetermined first threshold value? During a predetermined determination cycle, for example, for three determination cycles.

또한 직렬 아크 고장 시에 SA 파형은 정상적인 부하 변동이나 선로 스위칭 시의 SD 파형에 비해 적게 변동하므로, 직렬 아크 고장 시의 SA_rms는 정상적인 상황의 SA_rms에 비해 훨씬 클 것이 명백하다. 하지만, SA_rms가 얼마나 차이가 날 것인지는 상황에 따라 다르고, 아주 작은 일상적인 직렬 아크는 위험성이 낮으므로 SD_rms과 제1 문턱값 β의 비교에 따라 직렬 아크가 검출되었다 하더라도, 선로 차단(trip)을 할 것인지 여부를 좀더 세부적으로 판정할 필요가 있다.It is also evident that the SA _rms at the time of a series arc failure is much greater than the SA _rms at the time of a series arc failure because the SA waveform fluctuates less than the normal load variation or the SD waveform at line switching. However, the difference in SA _rms depends on the situation, and since the risk of a very small routine serial arc is low, the tripping of the line, even if a series arc is detected according to the comparison of SD _rms with the first threshold value β, It is necessary to determine in more detail whether or not to do so.

이에 따라, SA_rms를 소정의 제2 및 제3 문턱값들(γ, δ, 이때 γ>δ>0)에 비교한 결과로써, SA 값의 정상 상태 거동에 따른 복수의 판정 플래그들(F2, F3)의 값을 각각 결정할 수 있다.Accordingly, as a result of comparing SA _rms to predetermined second and third threshold values (gamma, delta, gamma >> 0), a plurality of determination flags F2, F3, respectively.

예를 들어, SA_rms가 제2 문턱값 γ보다 크면 전류 변동의 크기가 아주 작아 설령 그것이 직렬 아크 전류라 하더라도 위험성이 낮기 때문에 제2 및 제3 판정 플래그(F2, F3)가 각각 "0", "0"으로 결정될 수 있다.For example, if SA _rms is larger than the second threshold value gamma, the magnitude of the current fluctuation is very small, so that even if it is a series arc current, the risk is low so that the second and third determination flags F2 and F3 are "Quot; 0 ".

또한 SA_rms가 제2 문턱값 γ보다 작지만 제3 문턱값 δ보다 크면 전류 변동의 크기가 어느 정도 크다는 것으로서, 제2 및 제3 판정 플래그(F2, F3)가 각각 "1", "0"으로 결정될 수 있다.The second and third determination flags F2 and F3 are set to "1" and "0 ", respectively, when SA _rms is smaller than the second threshold value? But larger than the third threshold value? Can be determined.

또한 SA_rms가 제3 문턱값 δ보다도 작으면 직류 전원 전류가 더 줄었다는 것으로서, 제2 및 제3 판정 플래그(F2, F3)가 각각 "0", "1"으로 결정될 수 있다.The second and third determination flags F2 and F3 may be determined to be "0" and "1 ", respectively, when the SA _rms is smaller than the third threshold value delta.

나아가, SA_rms가 소정 판정 사이클 동안, 예를 들어 3 판정 사이클 동안, 연속으로 소정 제2 및 제3 문턱값들(γ, δ)보다 작거나 클 경우에만 제2 및 제3 판정 플래그들(F2, F3)의 값이 결정될 수 있다.Further, when the SA _rms is smaller than or greater than the predetermined second and third threshold values (gamma, delta) continuously for a predetermined determination cycle, for example, for three determination cycles, the second and third determination flags F2 , F3) can be determined.

제1 내지 제3 문턱값들(β, γ, δ)은 상황에 따라 적절하게 부여될 수 있고, 학습이나 사후적 관찰에 의해 적응적으로 설정될 수도 있다.The first to third threshold values?,?,? May be appropriately given according to the situation, and may be adaptively set by learning or posterior observation.

실시예에 따라, 문턱값들의 개수에 따라 판정 플래그들의 수도 변경될 수 있다.Depending on the embodiment, the number of decision flags may also be changed depending on the number of thresholds.

이러한 제1, 제2 및 제3 판정 플래그들(F1, F2, F3)의 판정 기준은 다음 표 1과 같이 예시적으로 정리될 수 있다.The determination criteria of the first, second, and third determination flags F1, F2, and F3 can be exemplarily summarized as shown in Table 1 below.

판정 플래그Determination flag 값value 판정 기준Criteria F1
F1
1One SDrms > βfor 3 cyclesSDrms> βfor 3 cycles 00 elseelse F2
F2
1One δ < SArms < γ for 3 cycles? <SArms <? for 3 cycles 00 elseelse F3F3 1One SArms < δfor 3 cyclesSArms < 00 elseelse

이렇게 하여 복수의 판정 플래그들(F1, F2, F3)의 값들이 결정되면, 이들 판정 플래그들(F1, F2, F3)의 조합으로써 구체화되는 동작 상태들(operation states)의 변동에 따라 직렬 아크 고장 여부와 선로 차단 여부를 판단할 수 있다.When the values of the plurality of determination flags F1, F2 and F3 are thus determined, the serial arc fault (hereinafter referred to as " serial arc fault ") is generated according to the variation of the operation states specified by the combination of these determination flags F1, And whether or not the line is blocked.

도 1로 다시 돌아가서, 단계(S13)에서, 판정 플래그들(F1, F2, F3)의 조합에 따라, 정상(normal) 상태, 직렬 아크 검출 상태, 직렬 아크 고장 상태 및 선로 차단(trip) 상태를 적어도 포함하는 동작 상태들 중 어느 한 동작 상태로 판정할 수 있다.1, a normal state, a series arc detection state, a series arc fault state, and a line trip state are determined in accordance with the combination of the determination flags F1, F2, and F3 in step S13. It is possible to determine at least one of the operating states including at least one of the operating states.

좀더 구체적으로, 단계(S13)에서, 판정 플래그들(F1, F2, F3)의 조합에 따라, 정상 상태, 직렬 아크 검출 상태, 직렬 아크 고장 상태, 직렬 아크 소멸 상태, 부하 제거 상태, 부하 재투입 상태, 선로 스위칭 상태 및 선로 차단 상태를 적어도 포함하는 동작 상태들 중 어느 한 동작 상태로 판정할 수 있다.A series arc fault state, a series arc decay state, a load cancel state, a load reloading state, and a reloading state in accordance with the combination of the determination flags F1, F2, F3 in step S13. State, a line switching state, and a line shut-off state.

단계(S14)에서, 동작 상태가 선로 차단 상태이면, 직류 배전 계통의 전원 선로를 차단하기 위한 차단 신호를 생성한다. 차단 신호에 따라 전원 선로 중에 설치된 회로 차단기(Circuit Breaker, C/B)가 동작하여 전원 선로가 차단된다.In step S14, if the operation state is the line cutoff state, a shutoff signal for shutting off the power line of the DC power distribution system is generated. The circuit breaker (C / B) installed in the power line is operated according to the cut-off signal and the power line is cut off.

한편, 전원 선로의 차단 후 재폐로는 별도의 알고리즘이나 판정에 기초하여 이루어질 수 있다.On the other hand, reclosing after interrupting the power line can be performed based on a separate algorithm or judgment.

구체적으로, 동작 상태들의 종류 및 천이 관계에 관하여 도 8을 참조하여 설명할 수 있다.Specifically, the types of operation states and transition relationships can be described with reference to FIG.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 방법에서 일어나는 이벤트들에 따른 상태 다이어그램을 도식화한 도면이다.8 is a diagram illustrating a state diagram according to events occurring in the method of detecting a series arc fault for a low-voltage DC distribution system according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 도 8의 상태 다이어그램은 3 비트의 판정 플래그들(F1, F2, F3)의 조합에 의해 총 8 개의 동작 상태들 사이를 천이한다.Referring to Fig. 8, the state diagram of Fig. 8 transitions between a total of 8 operating states by a combination of 3-bit decision flags F1, F2, F3.

판정 플래그들(F1, F2, F3)의 조합 "000"은 직렬 아크도 발생하지 않고 부하 제거, 또는 부하 제거 후 투입, 선로 스위칭이 일어나지 않은 상태로서 ① 정상 상태를 의미한다.Combination of determination flags F1, F2, and F3 "000" indicates a state in which there is no series arc, load is removed, or load is removed, and line switching does not occur.

① 정상 상태 "000"에서 천이 가능한 동작 상태들은 ② 직렬 아크 검출 상태 "100", ⑤ 부하 제거 상태 "010", ⑦ 선로 스위칭 상태 "001"이다.(1) Operating states that can be transited in the normal state "000" are (2) Serial arc detection state "100", (5) Load removal state "010", and (7) Line switching state "001".

② 직렬 아크 검출 상태 "100"는 SA_rms가 제1 문턱값 β보다 3 사이클 동안 더 크게 나타나 직렬 아크가 발생하였다고 예비적으로 판정 중인 동작 상태로서, 아직 직렬 아크가 위험한 직렬 아크인지 여부는 결정되지 않은 상태이다.(2) The serial arc detection state "100" is an operation state in which SA _rms is larger than the first threshold value < 3 > for three cycles and is preliminarily determined that a serial arc has occurred. Whether or not the serial arc is still a dangerous serial arc is determined .

경우에 따라서는, ② 직렬 아크 검출 상태 "100"는 ① 정상 상태 "000" 뿐 아니라 ⑥ 부하 재투입 상태 "000"로부터도 천이될 수 있다.In some cases, (2) the serial arc detection state "100" can be transitioned not only from the normal state "000" but also from the state where the load is recharged "000".

② 직렬 아크 검출 상태 "100"에서 천이 가능한 동작 상태들은 ① 정상 상태 "000"와 ③ 직렬 아크 고장 상태 "110" 또는 "101"이다.(2) Operating conditions that can be transited in the series arc detection state "100" are (1) normal state "000" and (3) serial arc fault state "110" or "101".

② 직렬 아크 검출 상태 "100"에서 직렬 아크가 사라지면(clearing) 동작 상태는 곧바로 ① 정상 상태 "000"로 복귀된다. ② If the serial arc is cleared in the series arc detection state "100", the operation state is immediately returned to ① normal state "000".

반면에 ② 직렬 아크 검출 상태 "100"인 동안에, 전원 전류의 감소가 커서 제2 또는 제3 판정 플래그들(F2, F3) 중 어느 하나가 "1"로 결정되면, 동작 상태는 ③ 직렬 아크 고장 상태 "110" 또는 "101"로 천이된다.On the other hand, if any one of the second or third determination flags F2 and F3 is determined to be "1 " while the decrease of the power supply current is large while the serial arc detection state is" 100 & State "110" or "101 ".

경우에 따라서는, ② 직렬 아크 고장 상태 "110" 또는 "101"은 ② 직렬 아크 검출 상태 "100" 뿐 아니라, ⑤ 부하 제거 상태 "010"로부터도 천이될 수 있다.In some cases, (2) the series arc fault state "110" or "101" can be transited not only in the series arc detection state "100" but also in the load removal state "010".

③ 직렬 아크 고장 상태 "110" 또는 "101"에서, 소정 대기 시간, 예를 들어 0.2 초 이상 머무르면, 동작 상태는 ⑧ 선로 차단(trip) 상태로 천이된다. 동작 상태가 선로 차단 상태로 천이되면 선로 차단기는 즉시 저압 직류 배전 계통을 차단할 수 있다.(3) In the series arc fault state "110" or "101", the operation state transitions to the (8) line trip state if it stays for a predetermined waiting time, for example, 0.2 seconds or more. If the operating state transitions to line disconnect, the line breaker can immediately disconnect the low voltage DC distribution system.

반면에, ③ 직렬 아크 고장 상태 "110" 또는 "101"에서도, 동작 상태는 각각, 소정 대기 시간, 예를 들어 0.2 초 이내에 직렬 아크가 소멸하고 전류 크기도 정상 수준으로 돌아가 제2 및 제3 판정 플래그들(F2, F3)이 모두 "0"으로 변경되면 곧바로 ① 정상 상태 "000"로 복귀되고, 직렬 아크가 소멸한 동시에 전류 크기가 급감하여 제2 및 제3 판정 플래그들(F2, F3)이 "01"이면 ⑦ 선로 스위칭 상태 "001"로 천이되며, 직렬 아크가 여전히 있더라도 전류 크기도 정상 수준으로 돌아가 제2 및 제3 판정 플래그들(F2, F3)이 "00"으로 변경되면 ④ 직렬 아크 소멸 상태 "100"로 천이될 수 있다.On the other hand, even in the case of the series arc failure state "110" or "101", the operation state is such that the series arc disappears within a predetermined waiting time, for example, 0.2 second and the current magnitude returns to the normal level, As soon as the flags F2 and F3 are all changed to "0 ", it returns to the normal state" 000 ", and the second and third determination flags F2 and F3, And the third and fourth determination flags F2 and F3 are changed to " 00 "; and if the current magnitude returns to the normal level and the second and third determination flags F2 and F3 are changed to &Quot; 100 "in the arc extinction state.

④ 직렬 아크 소멸 상태 "100"는 직렬 아크가 소멸하고 전류 크기도 정상 수준으로 돌아가 제2 및 제3 판정 플래그들(F2, F3)이 모두 "0"으로 변경되면 ① 정상 상태 "000"로 복귀될 수 있다.(4) The serial arc extinction state 100 returns to the normal state "000" when the serial arc disappears and the current magnitude returns to the normal level and both the second and third determination flags F2 and F3 are changed to "0 & .

⑤ 부하 제거 상태 "010"는 ① 정상 상태 "000" 또는 ⑥ 부하 재투입 상태 "000"로부터 천이될 수 있다.⑤ Load removal status "010" can be changed from ① normal state "000" or ⑥ load reloading state "000".

⑤ 부하 제거 상태 "010"는 이 동작 상태에서 전류 크기가 급감하여 제2 및 제3 판정 플래그들(F2, F3)이 "01"로 변경되면 ⑦ 선로 스위칭 "001"로 천이될 수 있으며, 제거되었던 부하의 재투입으로 전류 크기가 정상 수준으로 돌아가 제2 및 제3 판정 플래그들(F2, F3)이 "00"으로 변경되면 ⑥ 부하 재투입 상태 "000"로 천이될 수 있다.(5) The load removal state "010" can be shifted to (7) line switching "001" if the current magnitude suddenly decreases in this operating state and the second and third determination flags F2 and F3 are changed to &Quot; 00 "and the second and third determination flags F2 and F3 are changed to" 00 ", the load re-input state may be changed to "000 ".

또한 ⑤ 부하 제거 상태 "010"는 이 동작 상태 중에 직렬 아크가 검출되어 제1 판정 플래그(F1)가 "1"로 변경되면 ③ 직렬 아크 고장 상태 "110" 또는 "101"로 천이될 수 있다.(5) The load removal state "010" can be changed to the serial arc failure state "110" or "101" if the first determination flag F1 is changed to "1 "

⑦ 선로 스위칭 상태 "001"는 ① 정상 상태 "000", ③ 직렬 아크 고장 상태 "110" 또는 "101" 또는 ⑥ 부하 제거 상태 "010"로부터 천이될 수 있다.⑦ Line switching state "001" can be transitioned from ① normal state "000", ③ series arc fault state "110" or "101" or ⑥ load removal state "010".

⑦ 선로 스위칭 상태 "001"는 이 동작 상태에서 선로가 다시 연결되어 전류 크기가 정상 수준으로 돌아가 제2 및 제3 판정 플래그들(F2, F3)이 "00"으로 변경되면 ① 정상 상태 "000"로 천이될 수 있다.When the line size is returned to the normal level and the second and third determination flags F2 and F3 are changed to "00 ", the line switching state" 001 " . &Lt; / RTI >

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 방법을 통해, 처음에는 단순한 부하 제거 상황이었는데 직렬 아크 고장으로 이어진 시나리오에서, 상태 변동과 고장 검출 신호의 발생을 시간적으로 도식화한 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating a series arc fault detection method for a low-voltage DC power distribution system according to an embodiment of the present invention. In a scenario in which a series arc fault occurs at first, As shown in Fig.

도 9를 참조하면, 시점 t1에서 단순히 부하가 제거되면서 전원 전류가 약간 감소하는 변동이 생겼으므로, 제1 판정 플래그는 "0"이고 제2 및 제3 판정 플래그들은 "10"으로 결정되고, 동작 상태는 ① 정상 상태에서 ⑤ 부하 제거 상태로 천이된다.9, since the load current is slightly reduced while the load is simply removed at the time point t1, the first determination flag is "0" and the second and third determination flags are determined as "10 & The state changes from ① normal state to ⑤ load removal state.

부하가 제거된 상태에서 시점 t2에 직류 배전 계통 내의 어디선가 직렬 아크가 발생한다면, 제1 판정 플래그가 "1"로 변경되고, 제2 및 제3 판정 플래그들은 "10"으로, 또는 전류 변동이 더 크다면 "01"로, 결정될 수 있다. 동작 상태는 ⑤ 부하 제거 상태에서 ③ 직렬 아크 고장 상태로 천이되고 소정 대기 시간이 만료되면 ⑧ 선로 차단 상태로 천이된다. The first determination flag is changed to "1 " and the second and third determination flags are changed to" 10 "if the load is removed and a series arc occurs somewhere in the DC distribution system at time t2 If it is larger, it can be determined as "01 ". The operation state transitions from ⑤ load removed state to ③ series arc fault state, and transitions to ⑧ line shutoff state when the specified waiting time expires.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 직류 배전 계통을 위한 직렬 아크 고장 검출 장치를 예시한 블록도이다.10 is a block diagram illustrating a series arc fault detection apparatus for a low voltage direct current distribution system according to an embodiment of the present invention.

직렬 아크 고장 검출 장치(10)는 웨이블릿 특이값 분해 연산부(11), 판정 플래그 산출부(12), 동작 상태 판정부(13) 및 차단 신호 생성부(14)를 포함할 수 있다.The serial arc fault detecting apparatus 10 may include a wavelet singular value decomposition arithmetic operation unit 11, a determination flag arithmetic unit 12, an operation state judgment unit 13 and a cutoff signal generation unit 14.

웨이블릿 특이값 분해 연산부(11)는 직류 배전 계통의 직류 전류 측정치에 대해 웨이블릿 특이값 분해 기법(WSVD)을 수행하여 SD 값과 SA 값을 각각 도출한다.The wavelet singular value decomposition operation unit 11 derives the SD value and the SA value by performing the wavelet singular value decomposition technique (WSVD) on the direct current measurement value of the DC distribution system.

SD 값과 SA 값은 각각 상술한 수학식 5에서 정의된 바와 같다. 이때, 예시적으로, 웨이블릿 변환은 레벨 1 이산 웨이블릿 변환이고 모함수는 도뷔시 4일 수 있다.The SD value and the SA value are respectively as defined in Equation (5). At this time, illustratively, the wavelet transform is a level 1 discrete wavelet transform and the number of wavelet transforms may be four.

판정 플래그 산출부(12)는 SD 값의 거동 및 SA 값의 거동에 따라 복수의 판정 플래그들(F1, F2, F3)의 값을 각각 결정한다.The determination flag calculating section 12 determines the values of the plurality of determination flags F1, F2, and F3, respectively, in accordance with the behavior of the SD value and the behavior of the SA value.

구체적으로는, 판정 플래그 산출부(12)는 SD 값의 과도적 거동과 정상 상태 거동에 따른 적어도 하나의 판정 플래그(F1)와, SA 값의 정상 상태 거동에 따른 복수의 판정 플래그들(F2, F3)의 값을 각각 결정할 수 있다.Specifically, the determination flag calculating section 12 calculates at least one of the determination flag F1 according to the transient behavior of the SD value and the steady state behavior, the plurality of determination flags F2, F3, respectively.

통계적 수치화와 판정 플래그 값들의 결정에 대해서는 상술한 수학식 6 및 표 1을 참조할 수 있다.For the determination of the statistical numerical value and the determination flag values, the above-described Equation 6 and Table 1 can be referred to.

동작 상태 판정부(13)는 판정 플래그들(F1, F2, F3)의 조합에 따라, 정상 상태, 직렬 아크 검출 상태, 직렬 아크 고장 상태 및 선로 차단 상태를 적어도 포함하는 동작 상태들 중 어느 한 동작 상태로 판정할 수 있다.The operation state judging section 13 judges whether any one of the operation states including at least the steady state, the series arc detection state, the series arc fault state and the line cutoff state according to the combination of the determination flags F1, F2 and F3 State can be determined.

좀더 구체적으로, 동작 상태 판정부(13)는 판정 플래그들(F1, F2, F3)의 조합에 따라, 정상 상태, 직렬 아크 검출 상태, 직렬 아크 고장 상태, 직렬 아크 소멸 상태, 부하 제거 상태, 부하 재투입 상태, 선로 스위칭 상태 및 선로 차단 상태를 적어도 포함하는 동작 상태들 중 어느 한 동작 상태로 판정할 수 있다.More specifically, depending on the combination of the determination flags F1, F2, and F3, the operation state determination unit 13 determines whether or not the normal state, the series arc detection state, the serial arc failure state, the serial arc decay state, It is possible to determine any one of operating states including at least a re-input state, a line switching state, and a line breaking state.

차단 신호 생성부(14)는 동작 상태가 선로 차단 상태이면, 직류 배전 계통의 전원 선로를 차단하기 위한 차단 신호를 생성한다. 차단 신호에 따라 전원 선로 중에 설치된 회로 차단기(C/B)가 동작하여 전원 선로가 차단된다.The blocking signal generating unit 14 generates a blocking signal for blocking the power line of the DC power distribution system when the operating state is the line blocking state. The circuit breaker (C / B) installed in the power line is operated according to the cut-off signal and the power line is cut off.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. It will be understood that variations and specific embodiments which may occur to those skilled in the art are included within the scope of the present invention.

10 직렬 아크 고장 검출 장치
11 웨이블릿 특이값 분해 연산부
12 판정 플래그 산출부
13 동작 상태 판정부
14 차단 신호 생성부10 Series arc fault detection device
11 wavelet singular value decomposition operation unit
12 judgment flag calculating section
13 Operation state determination section
14 blocking signal generator

Claims

delete

Deriving an SD value and an SA value by performing a wavelet singular value decomposition technique (WSVD) on the DC current measurement of the DC distribution system;
Determining a value of a plurality of determination flags, respectively, according to the behavior of the SD value and the behavior of the SA value;
Determining, based on the combination of the determination flags, any one of operating states including at least a steady state, a series arc detection state, a series arc fault state, and a line breaking state; And
And disconnecting the power line of the DC power distribution system when the determined operation state is the line cutoff state,
Wherein the wavelet transform is a level 1 discrete wavelet transform (Level 1 DWT) and the mother wavelet is based on Daubechies 4 (Daubechies 4).

Deriving an SD value and an SA value by performing a wavelet singular value decomposition technique (WSVD) on the DC current measurement of the DC distribution system;
Determining at least one first determination flag in accordance with the transient behavior and steady state behavior of the SD value and a plurality of values of a plurality of second decision flags according to steady state behavior of the SA value;
Determining, according to the combination of the first and second determination flags, any one of operating states including at least a steady state, a series arc detection state, a series arc fault state, and a line breaking state; And
And disconnecting the power line of the DC power distribution system when the determined operation state is a line cutoff state.

Deriving an SD value and an SA value by performing a wavelet singular value decomposition technique (WSVD) on the DC current measurement of the DC distribution system;
Determining at least one first determination flag according to a result of comparing an SD statistic value obtained by statistically quantifying the behavior of the SD value to a first threshold value;
Determining values of the second and third determination flags, respectively, according to the results of comparing the SA statistic in which the behavior of the SA value is statistically calculated to the second threshold value and the third threshold value;
Determining, according to the combination of the first to third determination flags, any one of operating states including at least a steady state, a series arc detection state, a series arc failure state, and a line breaking state; And
And disconnecting the power line of the DC power distribution system when the determined operation state is a line cutoff state.

6. The method of claim 5, wherein the SD statistic and the SA statistic are quantified based on any one of a moving average, an absolute value mean, a root mean square (RMS), an average absolute deviation, Wherein the series arc fault detection method is for a direct current distribution system.

6. The method of claim 5, wherein the first to third determination flags are determined to have either a logical "1" or a logical "0 &
The first determination flag is determined to be logic "1 " only when the SD statistic is continuously greater than the first threshold value for a predetermined determination cycle,
The second determination flag is determined to be logic "1" only when the SA statistic is continuously smaller than the second threshold value and greater than the third threshold value for a predetermined determination cycle,
And the third determination flag is determined to be logic "1" only when the SA statistic is continuously less than the third threshold value for a predetermined determination cycle.

Deriving an SD value and an SA value by performing a wavelet singular value decomposition technique (WSVD) on the DC current measurement of the DC distribution system;
Determining a value of a plurality of determination flags, respectively, according to the behavior of the SD value and the behavior of the SA value;
Determining, based on the combination of the determination flags, any one of operating states including at least a steady state, a series arc detection state, a series arc fault state, and a line breaking state; And
And disconnecting the power line of the DC power distribution system when the determined operation state is the line cutoff state,
According to the combination of the determination flags,
In a steady state, it may remain steady or may transition to a series arc detection state,
In a series arc detection state, it may be maintained in a series arc detection state, returned to a normal state, or transitioned to a series arc fault state,
Wherein the controller is able to transition to a line shutoff state or to return to a normal state when the line arc fault state is maintained for a predetermined waiting time or more.

Deriving an SD value and an SA value by performing a wavelet singular value decomposition technique (WSVD) on the DC current measurement of the DC distribution system;
Determining a value of a plurality of determination flags, respectively, according to the behavior of the SD value and the behavior of the SA value;
And a control unit that, in accordance with the combination of the determination flags, determines at least one of operation states including at least a steady state, a series arc detection state, a series arc fault state, a serial arc decay state, a load removal state, a load re- Determining a state of operation; And
And disconnecting the power line of the DC power distribution system when the determined operation state is a line cutoff state.

The method of claim 9, wherein, depending on the combination of the determination flags,
In a steady state, it may be maintained in a steady state, or may be transitioned to a series arc detection state, a load removal state, or a line switching state,
In a series arc detection state, it may be maintained in a series arc detection state, returned to a normal state, or transitioned to a series arc fault state,
In a series arc fault state, if it is maintained for a predetermined waiting time or longer, it can be transited to a line cutoff state, a normal state, or a transition to a serial arc extinction state or a line switching state,
In the series arc extinction state, the series arc extinction state may be maintained or returned to the normal state,
In the load unloading state, the load unloading state can be maintained, or the load reloading state, the serial arc failure state, or the line switching state can be transited,
The load can be kept in the reloaded state, returned to the normal state, transitioned to the load removed state or the series arc detection state in the reloading state,
The line switching state can be maintained in the line switching state or returned to the normal state in the line switching state.

delete

A wavelet singular value decomposition operation unit for deriving an SD value and an SA value by performing wavelet singular value decomposition (WSVD) on the DC current measurement of the DC distribution system;
A determination flag calculation unit that determines values of a plurality of determination flags, respectively, in accordance with the behavior of the SD value and the behavior of the SA value;
An operation state judging unit which judges, based on the combination of the determination flags, at least one of operation states including at least a steady state, a series arc detection state, a series arc fault state, and a line break state; And
And a shutoff signal generator for shutting off the power line of the DC power distribution system when the determined operation state is the line shutoff state,
Wherein the wavelet transform is a level 1 discrete wavelet transform (Level 1 DWT) and the mother wavelet is based on Daubechies 4 (Daubechies 4).

A wavelet singular value decomposition operation unit for deriving an SD value and an SA value by performing wavelet singular value decomposition (WSVD) on the DC current measurement of the DC distribution system;
A determination flag calculator for determining at least one first determination flag according to a transient behavior and a steady state behavior of the SD value and a plurality of second determination flags corresponding to a steady state behavior of the SA value;
An operation state judging unit which judges, based on the combination of the determination flags, at least one of operation states including at least a steady state, a series arc detection state, a series arc fault state, and a line break state; And
And a shutoff signal generator for shutting off the power line of the DC power distribution system when the determined operation state is the line shutoff state.

A wavelet singular value decomposition operation unit for deriving an SD value and an SA value by performing wavelet singular value decomposition (WSVD) on the DC current measurement of the DC distribution system;
Determining at least one first determination flag according to a result of comparing an SD statistic value obtained by statistically quantifying the behavior of the SD value to a first threshold value and comparing the SA statistic value obtained by statistically quantifying the behavior of the SA value with a second threshold value A determination flag calculation unit that determines values of the second and third determination flags, respectively, according to the result of comparison between the first threshold value and the third threshold value;
An operation state judging unit which judges, based on the combination of the determination flags, at least one of operation states including at least a steady state, a series arc detection state, a series arc fault state, and a line break state; And
And a shutoff signal generator for shutting off the power line of the DC power distribution system when the determined operation state is the line shutoff state.

16. The method of claim 15, wherein the SD statistic and the SA statistic are quantified based on any one of a moving average, an absolute value mean, a root mean square (RMS), an average absolute deviation, Wherein the DC voltage is supplied to the DC power supply.

16. The method of claim 15, wherein the first to third determination flags are determined to have either logic "1" or logic "0"
The first determination flag is determined to be logic "1 " only when the SD statistic is continuously greater than the first threshold value for a predetermined determination cycle,
The second determination flag is determined to be logic "1" only when the SA statistic is continuously smaller than the second threshold value and greater than the third threshold value for a predetermined determination cycle,
And the third determination flag is determined to be logic "1" only when the SA statistic is continuously less than the third threshold value for a predetermined determination cycle.

A wavelet singular value decomposition operation unit for deriving an SD value and an SA value by performing wavelet singular value decomposition (WSVD) on the DC current measurement of the DC distribution system;
A determination flag calculation unit that determines values of a plurality of determination flags, respectively, in accordance with the behavior of the SD value and the behavior of the SA value;
An operation state judging unit which judges, based on the combination of the determination flags, at least one of operation states including at least a steady state, a series arc detection state, a series arc fault state, and a line break state; And
And a shutoff signal generator for shutting off the power line of the DC power distribution system when the determined operation state is the line shutoff state,
According to the combination of the determination flags,
In a steady state, it may remain steady or may transition to a series arc detection state,
In a series arc detection state, it may be maintained in a series arc detection state, returned to a normal state, or transitioned to a series arc fault state,
Wherein the line arc breaking state is restored to a line shutoff state or returned to a normal state when the arc is maintained for a predetermined waiting time or longer in a series arc fault state.

A wavelet singular value decomposition operation unit for deriving an SD value and an SA value by performing wavelet singular value decomposition (WSVD) on the DC current measurement of the DC distribution system;
A determination flag calculation unit that determines values of a plurality of determination flags, respectively, in accordance with the behavior of the SD value and the behavior of the SA value;
And a control unit that, in accordance with the combination of the determination flags, determines at least one of operation states including at least a steady state, a series arc detection state, a series arc fault state, a serial arc decay state, a load removal state, a load re- An operating state judging section for judging to be in one of the operating states; And
And a shutoff signal generator for shutting off the power line of the DC power distribution system when the determined operation state is the line shutoff state.

21. The method of claim 19, wherein, depending on the combination of the determination flags,
In a steady state, it may be maintained in a steady state, or may be transitioned to a series arc detection state, a load removal state, or a line switching state,
In a series arc detection state, it may be maintained in a series arc detection state, returned to a normal state, or transitioned to a series arc fault state,
In a series arc fault state, if it is maintained for a predetermined waiting time or longer, it can be transited to a line cutoff state, a normal state, or a transition to a serial arc extinction state or a line switching state,
In the series arc extinction state, the series arc extinction state may be maintained or returned to the normal state,
In the load unloading state, the load unloading state can be maintained, or the load reloading state, the serial arc failure state, or the line switching state can be transited,
The load can be kept in the reloaded state, returned to the normal state, transitioned to the load removed state or the series arc detection state in the reloading state,
Wherein the line switching state can be maintained in a line switching state or returned to a normal state in a line switching state.