KR101681288B1 - 전력기기의 오차보정방법 - Google Patents

전력기기의 오차보정방법 Download PDF

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Abstract

계측기와 외부 변류기 간의 오차 보정의 정밀도를 높일 수 있는 전력기기의 오차보정방법이 제공된다. 오차보정방법은, 제1계측기에 기준전압과 기준전류를 인가하여 제1보정데이터를 산출하는 단계, 제2계측기에 상기 기준전압과 상기 기준전류를 인가하여 제2보정데이터를 산출하는 단계, 상기 제1보정데이터와 상기 제2보정데이터의 차이값을 산출하는 단계, 상기 제1계측기에 상기 기준전압과 변류기를 통과한 신호전류를 인가하여 제3보정데이터를 산출하는 단계 및 상기 제3보정데이터 및 상기 차이값에 따라 상기 제2계측기에 대해 오차 보정을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

전력기기의 오차보정방법{Method for error calibration of electric power device}
본 발명은 오차보정방법에 관한 것으로, 특히 외부에 변류기가 구비되는 계측기 등과 같은 전력기기에서 외부 변류기와 전력기기 간의 오차를 보정하는 방법에 관한 것이다.
전력 계측 방식은 전압 및 전류를 센싱하여 전력계측기에 입력하며, 전력계측기에서는 이를 전처리한 후 아날로그-디지털 컨버터(A/D Converter)에서 변환하며, 연산을 통해 싸이클당 평균을 구함으로써 평균전력을 계산한다.
일반적인 전력계측기는 전압과 전류를 신호전압 및 신호전류로 변환하기 위해 변성기(Potential Transformer; PT) 및 변류기(Current Transformer; CT)가 구비되어 있으며, 전력계측기의 출하 전에 변성기 및 변류기와 내부 회로 간의 오차를 보정하기 위한 보정(calibration)작업이 수행된다.
한편, 전력계측기 중 일부는 내부에 변류기가 구비되지 않으며, 외부에 구비되는 변류기를 통해 신호전류를 인가받아 전력 계측을 수행하기도 한다.
도 1은 종래의 외부 변류기가 구비되는 전력계측기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전력계측기(110)는 전압검출부(111), 아날로그-디지털 변환부(analog to digital converter; 이하 ADC, 113), 중앙처리부(이하 CPU, 115), 메모리(117) 및 통신부(119)를 포함하여 구성된다.
이러한 전력계측기(110)는 3상 선로(130)로부터 전류를 검출하여 신호전류를 출력하는 변류기(120)와 연결되어 있다.
전력계측기(110)의 전압검출부(111)는 3상 선로(130)로부터 전압을 검출하여 신호전압을 출력한다.
ADC(113)는 전압검출부(111)에서 출력된 신호전압과 변류기(120)로부터 인가된 신호전류를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
CPU(115)는 ADC(113)의 동작을 제어한다. CPU(115)는 ADC(113)에서 변환된 디지털 신호로부터 3상 선로(130)의 전력량을 계산한다.
메모리(117)는 CPU(115)에서 계산된 전력량을 저장하고, CPU(115)의 제어에 따라 저장된 전력량을 통신부(119)를 통해 외부로 전송한다.
상술한 종래의 전력계측기(110)에서는 외부의 변류기(120)가 사용되기 때문에, 내부의 전압검출부(111)에서 출력된 신호전압과 외부의 변류기(120)로부터 인가된 신호전류 간의 위상 지연 차이가 발생된다.
또한, 전력계측기(110)는 아날로그 신호인 신호전압과 신호전류를 처리하기 위한 다수의 아날로그 회로들이 필연적으로 구비되어야 하는데, 이러한 회로들의 소자 특성에 따라 추가적으로 신호전압 및 신호전류 간에 위상 지연 차이가 발생된다.
이렇게, 전압과 전류 사이에 발생되는 위상 지연 차이는 위상 오차로 나타나며, 이러한 위상 오차는 CPU(115)에서 전력량을 계산할 때 오차를 유발한다.
종래의 전력계측기(110)에서는 외부 변류기(120)와의 위상 오차를 보정하기 위해 제품 출하 전에 전력계측기(110)와 변류기(120) 간의 오차보정작업이 수행된다. 그리고, 제품 출하 후, 오차보정작업이 수행된 전력계측기(110)와 변류기(120)가 하나의 세트를 구성하여 설치된다.
이와 같이, 종래에는 오차보정작업이 수행된 전력계측기(110)와 변류기(120)가 세트로 구성되어 설치되므로, 전력계측기(110)와 변류기(120) 중 하나에서 고장이 발생된 경우에 두 장비 모두를 교체해야 한다.
이로 인하여, 종래에는 전력계측기(110)와 변류기(120) 간의 오차보정의 정밀도가 저하되며, 또한 장비 교체에 대한 시간 및 비용이 증가하게 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 계측기와 변류기가 랜덤(random)한 조합으로 연결되어 구성되더라도 오차보정의 정밀도를 유지할 수 있는 전력기기의 오차보정방법을 제공하고자 하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 오차보정방법은, 제1계측기에 기준전압과 기준전류를 인가하고, 상기 제1계측기로부터 출력된 제1평균전력과 기준전력을 비교하여 제1보정데이터를 산출하는 단계; 제2계측기에 상기 기준전압과 상기 기준전류를 인가하고, 상기 제2계측기로부터 출력된 제2평균전력과 상기 기준전력을 비교하여 제2보정데이터를 산출하는 단계; 상기 제1보정데이터와 상기 제2보정데이터의 차이값을 산출하는 단계; 상기 제1계측기에 상기 기준전압과 변류기를 통과한 신호전류를 인가하고, 상기 제1계측기로부터 출력된 제3평균전력과 상기 기준전력을 비교하여 제3보정데이터를 산출하는 단계; 및 상기 제3보정데이터 및 상기 차이값에 따라 상기 제2계측기에 대해 오차 보정을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 제1보정데이터 및 상기 제2보정데이터 각각은, 상기 제1계측기 및 상기 제2계측기 각각에서 상기 기준전압과 상기 기준전류의 샘플링 시점을 제어하는 샘플링 제어신호인 것을 특징으로 한다.
상기 제3보정데이터는 상기 제1계측기에서 상기 기준전압과 상기 신호전류의 샘플링 시점을 제어하는 샘플링 제어신호인 것을 특징으로 한다.
상기 제3보정데이터는 상기 변류기의 고유ID정보와 함께 저장되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2계측기에 대해 오차 보정을 수행하는 단계는, 상기 제3보정데이터 및 상기 차이값을 이용하여 상기 제2계측기의 샘플링 시점을 조정하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 제3보정데이터는 상기 변류기에 RFID 태그형태로 부착되고, 상기 제2계측기에 대해 오차 보정을 수행하는 단계는, 상기 변류기로부터 상기 태그를 리딩하여 상기 제3보정데이터를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전력기기의 오차보정방법에 따르면, 기준계측기와 외부 변류기를 이용하여 각각 보정데이터를 산출하고, 이를 이용하여 현장에 설치되는 대상계측기의 오차 보정을 수행함으로써, 계측기와 외부 변류기 간의 오차 보정의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 오차보정방법은, 계측기와 외부 변류기가 랜덤한 조합으로 설치되더라도 계측기와 외부 변류기 중 하나만을 교체하는 것이 가능하므로, 이로 인한 시간 소요 및 비용발생을 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 외부 변류기가 구비되는 전력계측기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력기기의 오차보정방법에 대한 순서도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 오차보정방법에 따른 보정시스템의 구성을 나타내는 도면들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전력기기의 오차보정방법에 대해 상세히 설명한다. 설명의 편의를 위하여, 본 발명에서 전력기기는 전력계측기이고, 전력계측기의 외부에 변류기가 구비되는 구성을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 전력기기의 오차보정방법에 대한 순서도이고, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 오차보정방법에 따른 보정시스템의 구성을 나타내는 도면들이다.
도 3a 내지 도 3d에 도시된 것과 같이, 오차보정시스템은 전원부(210) 및 제어부(230)를 포함할 수 있다. 전원부(210) 및 제어부(230)는 후술될 계측기 및 변류기와 연결될 수 있다.
전원부(210)는 제어부(230)의 제어에 따라 소정 크기를 갖는 기준전압과 기준전류를 발생시킬 수 있다. 전원부(210)는 3상의 기준전압 및 기준전류를 발생시킬 수 있다.
제어부(230)는 전원부(210)의 동작을 제어하며, 후술될 오차 보정이 요구되는 계측기, 즉 대상계측기(240)의 오차를 보정하는 오차보정동작을 수행할 수 있다. 제어부(230)는 오차보정프로그램이 내장된 컴퓨터일 수 있다.
먼저, 도 2 및 도 3a를 참조하면, 오차보정시스템은 전원부(210), 기준계측기(220) 및 제어부(230)가 연결되어 구성될 수 있다.
전원부(210)는 제어부(230)의 제어에 따라 소정 크기의 제1전압과 제1전류를 발생시키고, 이를 기준전압과 기준전류로 출력할 수 있다. 전원부(210)는 제어부(230)의 제어에 따라 제1전압과 제1전류의 위상 차이를 가변할 수 있는데, 본 실시예에서는 전원부(210)가 제어부(230)의 제어에 따라 동일한 위상을 갖는 제1전압과 제1전류를 발생시키는 것을 예로 설명하기로 한다.
기준계측기(220)는 전원부(210)에서 출력되는 제1전압과 제1전류에 따라 제1평균전력을 산출할 수 있다. 기준계측기(220)는 앞서 도 1에서 설명된 바와 같이, 내부에 ADC(미도시) 등과 같은 다수의 아날로그/디지털 회로들을 포함할 수 있다.
기준계측기(220)는 제1전압과 제1전류를 소정 주기로 샘플링하여 디지털 신호로 변환된 전압데이터와 전류데이터를 생성할 수 있다. 기준계측기(220)는 전압데이터와 전류데이터로부터 제1평균전력을 산출할 수 있다.
제어부(230)는 기준계측기(220)에서 출력된 제1평균전력을 기준전력과 비교하고, 비교결과에 따라 기준계측기(220)의 오차를 보정할 수 있는 제1보정데이터를 산출할 수 있다(S10).
예컨대, 제어부(230)는 전원부(210)에서 발생된 제1전압과 제1전류의 정보, 예컨대 제1전압과 제1전류의 크기 및 위상을 알고 있으며, 이에 따라, 제1전압과 제1전류로부터 기준전력을 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(230)는 산출된 기준전력과 기준계측기(220)에서 출력된 제1평균전력을 비교할 수 있다. 제어부(230)는 비교 결과에 따라 기준전력과 제1평균전력의 차이에 따른 오차를 보정할 수 있는 제1보정데이터를 산출할 수 있다.
여기서, 제1보정데이터는 기준계측기(220)의 샘플링 시점을 조절할 수 있는 샘플링 제어신호일 수 있으며, 제1보정데이터에 의해 기준계측기(220)는 ADC의 동작이 제어되어 동일 시점에서 제1전압과 제1전류를 샘플링할 수 있다.
제1보정데이터는 제어부(230)의 내부 메모리(미도시) 및 기준계측기(220)의 내부 메모리(미도시)에 각각 저장될 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 전원부(210)는 제어부(230)의 제어에 따라 동일 위상의 제1전압과 제1전류를 출력할 수 있다. 이에 따라, 제어부(230)에서 생성된 제1보정데이터는 기준계측기(220)의 내부 회로들의 특성오차, 즉 내부의 다수의 소자들의 특성에 따라 발생되는 전압과 전류의 위상 오차를 보정할 수 있는 데이터일 수 있다.
이어, 도 2 및 도 3b를 참조하면, 오차보정시스템은 전원부(210), 대상계측기(240) 및 제어부(230)가 연결되어 구성될 수 있다.
전원부(210)는 제어부(230)의 제어에 따라 소정 크기의 제2전압과 제2전류를 기준전압과 기준전류로 출력할 수 있다. 전원부(210)는 앞서 도 3a에서 설명된 제1전압 및 제1전류와 동일한 크기를 갖는 제2전압과 제2전류를 출력할 수 있다.
대상계측기(240)는 전원부(210)에서 출력되는 제2전압과 제2전류에 따라 제2평균전력을 산출할 수 있다. 대상계측기(240)는 내부에 ADC(미도시) 등과 같은 다수의 아날로그/디지털 회로들을 포함할 수 있다.
대상계측기(240)는 제2전압과 제2전류를 소정 주기로 샘플링하여 디지털 신호로 변환된 전압데이터와 전류데이터를 생성할 수 있다. 대상계측기(240)는 전압데이터와 전류데이터로부터 제2평균전력을 산출할 수 있다.
제어부(230)는 대상계측기(240)에서 출력된 제2평균전력을 기준전력과 비교하고, 비교결과에 따라 대상계측기(240)의 오차를 보정할 수 있는 제2보정데이터를 산출할 수 있다(S20).
예컨대, 제어부(230)는 전원부(210)에서 발생된 제2전압과 제2전류에 따라 기준전력을 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(230)는 산출된 기준전력과 대상계측기(240)에서 출력된 제2평균전력을 비교할 수 있다. 제어부(230)는 비교 결과에 따라 기준전력과 제2평균전력의 차이에 따른 오차를 보정할 수 있는 제2보정데이터를 산출할 수 있다. 여기서, 제2보정데이터는 앞서 설명된 제1보정데이터와 마찬가지로, 대상계측기(230)의 샘플링 시점을 조절할 수 있는 샘플링 제어신호일 수 있다.
이어, 제어부(230)는 기 저장된 제1보정데이터와 산출된 제2보정데이터의 차이값을 산출할 수 있다(S30). 예컨대, 기준계측기(220)와 대상계측기(240) 내부의 회로들은 그 소자 특성이 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 제어부(230)는 두 제품의 소자 특성에 따라 다른 값으로 산출되는 제1보정데이터와 제2보정데이터의 차이값을 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(230)는 후술될 대상계측기(240)의 오차 보정 단계(S50)에서 산출된 차이값을 이용하여 대상계측기(240)에서 발생되는 위상 오차를 보정할 수 있다.
계속해서, 도 2 및 도 3c를 참조하면, 오차보정시스템은 전원부(210), 변류기(250), 기준계측기(220) 및 제어부(230)가 연결되어 구성될 수 있다.
전원부(210)는 제어부(230)의 제어에 따라 소정 크기의 제3전압과 제3전류를 기준전압과 기준전류로 출력할 수 있다. 전원부(210)는 제3전압은 기준계측기(220)로 출력하고, 제3전류는 변류기(250)로 출력할 수 있다. 여기서, 제3전압은 앞서 설명된 제1전압 또는 제2전압과 동일한 크기를 가질 수 있다. 또, 제3전류는 앞서 설명된 제1전류 또는 제2전류와 다른 크기를 가질 수 있다.
변류기(250)는 전원부(210)에서 발생된 제3전류를 검출하고, 이를 신호전류로 출력할 수 있다.
기준계측기(220)는 전원부(210)에서 출력된 제3전압과 변류기(250)에서 출력된 신호전류로부터 제3평균전력을 산출할 수 있다. 기준계측기(220)는 제3전압과 신호전류를 소정 주기로 샘플링하여 디지털 신호로 변환된 전압데이터와 전류데이터를 생성할 수 있다. 기준계측기(220)는 전압데이터와 전류데이터로부터 제3평균전력을 산출할 수 있다.
제어부(230)는 기준계측기(220)에서 출력된 제3평균전력을 기준전력과 비교하고, 비교결과에 따라 기준계측기(220)의 오차를 보정할 수 있는 제3보정데이터를 산출할 수 있다(S40).
제3보정데이터는 변류기(250)의 특성에 의해 발생되는 전압과 전류 간의 위상 오차를 보정하기 위한 데이터일 수 있다. 예컨대, 도 3c에 도시된 바와 같이, 변류기(250)가 전원부(210)와 기준계측기(220) 사이에 배치되어 있고, 기준계측기(220)는 전원부(210) 및 변류기(250)에서 각각 전압 및 전류를 공급받기 때문에, 기준계측기(220)로 입력되는 전압과 전류는 소정의 위상 차이가 발생될 수 있다.
따라서, 제어부(230)는 기준계측기(220)의 ADC에서 제3전압과 기준전류의 샘플링 타이밍을 조절함으로써, 기준계측기(220)에서 전압과 전류 간의 위상오차가 발생되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 제어부(230)는 기준계측기(220)의 ADC에서 샘플링 타이밍을 조절할 수 있는 샘플링 제어신호를 제3보정데이터로 산출할 수 있다.
제3보정데이터는 제어부(230)의 내부 메모리에 저장될 수 있다. 이때, 제3보정데이터는 변류기(250)의 고유ID를 포함하여 저장될 수 있다.
또한, 제3보정데이터는 RFID 태그(tag) 형태로 생성되어 변류기(250)의 외부 케이스(미도시)에 부착될 수도 있다.
계속해서, 도 2 및 도 3d를 참조하면, 오차보정시스템은 변류기(250), 대상계측기(240) 및 제어부(230)가 연결되어 구성될 수 있다.
이때, 변류기(250)와 대상계측기(240)는 제품으로 출하되어 설치된 상태일 수 있다. 다시 말해, 변류기(250)와 대상계측기(240)는 서로 연결되어 설치된 상태일 수 있다. 이때, 변류기(250)는 3상 선로(미도시)에 연결되어 선로에 흐르는 전류를 검출하는 동작을 수행하고, 대상계측기(240)는 변류기(250) 및 3상 선로로부터 검출된 전류 및 전압으로부터 3상 선로의 평균전력을 산출하는 동작을 수행할 수 있다.
또한, 제어부(230)는 오차보정프로그램이 저장된 노트PC일 수 있으며, 변류기(250)와 대상계측기(240)가 설치된 곳에서 유/무선 통신망을 통해 대상계측기(240)와 연결될 수 있다.
제어부(230)는 앞서 산출된 제3보정데이터와 차이값을 이용하여 대상계측기(240)에 대한 오차 보정을 수행할 수 있다(S50). 제어부(230)는 제3보정데이터를 이용하여 변류기(250)에 의해 발생되는 전압과 전류의 위상오차를 보정할 수 있다. 이때, 제어부(230)는 앞서 산출된 기준계측기(220)의 제1보정데이터와 대상계측기(240)의 제2보정데이터의 차이값을 이용하여 대상계측기(240)에 대한 오차 보정을 추가로 수행할 수 있다.
다시 말해, 제3보정데이터는 기준계측기(220)와 변류기(250) 간의 오차를 보정하기 위한 데이터이므로, 제어부(230)는 제3보정데이터를 이용하여 변류기(250)의 특성에 따라 대상계측기(240)에서 발생되는 전압과 전류 간의 위상 오차를 보정하되, 기준계측기(220)와 대상계측기(240)의 서로 다른 소자특성을 반영하는 차이값을 추가적으로 이용함으로써, 대상계측기(240)의 오차를 보정할 수 있다.
한편, 앞서 설명된 바와 같이, 제3보정데이터는 변류기(250)의 고유ID를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제어부(230)에는 다수의 변류기(250)에 대한 보정데이터, 즉 다수의 변류기(250) 각각마다 서로 다른 제3보정데이터가 변류기(250)의 고유ID에 대응되어 저장될 수 있다.
따라서, 제어부(230)는 대상계측기(240)에 연결된 변류기(250)의 고유ID를 먼저 확인하고, 저장되어 있는 다수의 제3보정데이터 중에서 해당되는 데이터를 추출한 후, 이를 이용하여 대상계측기(240)의 오차를 보정할 수 있다.
또한, 앞서 설명된 바와 같이, 제3보정데이터는 RFID 태그 형태로 변류기(250)의 외부 케이스에 부착될 수 있다. 이때, 제어부(230)는 변류기(250)의 외부 케이스에 부착된 태그를 리딩(reading)하여 변류기(250)의 고유ID를 확인하고, 그에 해당되는 제3보정데이터를 추출하여 대상계측기(240)의 오차를 보정할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 오차보정방법은, 기준계측기와 외부 변류기를 이용하여 각각 보정데이터를 산출하고, 이를 이용하여 현장에 설치되는 대상계측기의 오차 보정을 수행함으로써, 계측기와 외부 변류기 간의 오차 보정의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 오차보정방법은, 계측기와 외부 변류기가 랜덤한 조합으로 설치되더라도 계측기와 외부 변류기 중 하나만을 교체하는 것이 가능하므로, 이로 인한 시간 소요 및 비용발생을 줄일 수 있다.
전술한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
210: 전원부 220: 제어부
230: 기준계측기 240: 대상계측기
250: 변류기

Claims (6)

  1. 제1계측기에 기준전압과 기준전류를 인가하고, 상기 제1계측기로부터 출력된 제1평균전력과 기준전력을 비교하여 제1보정데이터를 산출하는 단계;
    제2계측기에 상기 기준전압과 상기 기준전류를 인가하고, 상기 제2계측기로부터 출력된 제2평균전력과 상기 기준전력을 비교하여 제2보정데이터를 산출하는 단계;
    상기 제1보정데이터와 상기 제2보정데이터의 차이값을 산출하는 단계;
    상기 제1계측기에 상기 기준전압과 변류기를 통과한 신호전류를 인가하고, 상기 제1계측기로부터 출력된 제3평균전력과 상기 기준전력을 비교하여 제3보정데이터를 산출하는 단계; 및
    상기 제3보정데이터 및 상기 차이값에 따라 상기 제2계측기에 대해 오차 보정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력기기의 오차보정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1보정데이터 및 상기 제2보정데이터 각각은,
    상기 제1계측기 및 상기 제2계측기 각각에서 상기 기준전압과 상기 기준전류의 샘플링 시점을 제어하는 샘플링 제어신호인 것을 특징으로 하는 전력기기의 오차보정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3보정데이터는 상기 제1계측기에서 상기 기준전압과 상기 신호전류의 샘플링 시점을 제어하는 샘플링 제어신호인 것을 특징으로 하는 전력기기의 오차보정방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3보정데이터는 상기 변류기의 고유ID정보와 함께 저장되는 것을 특징으로 하는 전력기기의 오차보정방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2계측기에 대해 오차 보정을 수행하는 단계는,
    상기 제3보정데이터 및 상기 차이값을 이용하여 상기 제2계측기의 샘플링 시점을 조정하는 단계인 것을 특징으로 하는 전력기기의 오차보정방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3보정데이터는 상기 변류기에 RFID 태그형태로 부착되고,
    상기 제2계측기에 대해 오차 보정을 수행하는 단계는,
    상기 변류기로부터 상기 태그를 리딩하여 상기 제3보정데이터를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력기기의 오차보정방법.
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