KR101918559B1 - 최대 순시 전력과 최소 순시 전력을 이용한 전력 측정 방법 및 장치 - Google Patents

최대 순시 전력과 최소 순시 전력을 이용한 전력 측정 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101918559B1
KR101918559B1 KR1020170094864A KR20170094864A KR101918559B1 KR 101918559 B1 KR101918559 B1 KR 101918559B1 KR 1020170094864 A KR1020170094864 A KR 1020170094864A KR 20170094864 A KR20170094864 A KR 20170094864A KR 101918559 B1 KR101918559 B1 KR 101918559B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
instantaneous power
signal
minimum
maximum
Prior art date
Application number
KR1020170094864A
Other languages
English (en)
Inventor
박성준
임상길
박성미
Original Assignee
전남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전남대학교산학협력단 filed Critical 전남대학교산학협력단
Priority to KR1020170094864A priority Critical patent/KR101918559B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101918559B1 publication Critical patent/KR101918559B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/06—Arrangements for measuring electric power or power factor by measuring current and voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/001—Measuring real or reactive component; Measuring apparent energy
    • G01R21/002—Measuring real component
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/001—Measuring real or reactive component; Measuring apparent energy
    • G01R21/003—Measuring reactive component
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/001—Measuring real or reactive component; Measuring apparent energy
    • G01R21/005—Measuring apparent power
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
    • G01R25/005—Circuits for comparing several input signals and for indicating the result of this comparison, e.g. equal, different, greater, smaller, or for passing one of the input signals as output signal

Abstract

본 발명은 최대 순시 전력과 최소 순시 전력을 이용한 전력 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 아날로그 전압 신호와 전류 신호로부터 검출되는 순시 전력의 최대치와 최소치를 이용하여 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 또는 위상차를 계산으로 측정할 수 있는 최대 순시 전력과 최소 순시 전력을 이용한 전력 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

최대 순시 전력과 최소 순시 전력을 이용한 전력 측정 방법 및 장치{Method and apparatus for measuring power using maximum instantaneous power and minimum instantaneous power}
본 발명은 최대 순시 전력과 최소 순시 전력을 이용한 전력 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 아날로그 전압 신호와 전류 신호로부터 검출되는 순시 전력의 최대치와 최소치를 이용하여 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 또는 위상차를 계산으로 측정할 수 있는 최대 순시 전력과 최소 순시 전력을 이용한 전력 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
디지털 전력 계측기는 전압 신호와 전류 신호를 입력받아 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 등을 계측할 수 있는 장치이다.
도 1은 종래의 디지털 전력 계측기의 구성도를 보여주는 도면으로, 도 1을 참조하면 종래의 디지털 전력 계측기는 전압 신호와 전류 신호를 필터링 하는 아날로그 필터(11), 상기 아날로그 필터를 통해 필터링 된 전압 신호와 전류 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(12), 상기 A/D 변환기(12)를 통해 디지털 신호로 변환된 전압 신호와 전류 신호를 필터링하여 정밀도가 높은 전압 신호와 전류 신호를 출력하는 디지털 필터(13), 상기 디지털 필터(13)를 통해 필터링 된 전압 신호와 전류 신호의 위상 지연을 보정하기 위한 보정부(14) 및 상기 보정부(14)를 통해 출력된 전압 신호와 전류 신호를 이용하여 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 등을 계산하는 계산기(15)를 포함하여 이루어진다.
또한, 종래의 디지털 계측기의 전력 측정 방법은 한 주기에 여러 번 샘플링된 전압 신호와 전류 신호를 상기 계산기(15)를 통해 각각의 전압 실효치 및 전류 실효치를 구하고 상기 실효치들을 연산하여 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 등을 구한다.
그러나, 종래의 디지털 전력 계측 방법은 계측 대상인 전압 신호와 전류 신호의 주파수가 클수록 한 주기 내에서 샘플링하는 횟수가 적어 샘플링된 신호의 신뢰성이 떨어지게 되며 특히 계측 대상의 주파수가 샘플링 주파수와 유사한 경우 전력 계측이 불가능하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 디지털로 변환된 전압 신호와 전류 신호를 샘플링하여 전력을 계산하는 것이 아니라 아날로그 전압 및 전류신호의 피크치로부터 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 또는 위상차를 계산할 수 있는 전력 측정 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전압 신호와 전류 신호를 입력받아 상기 전압 신호와 상기 전류 신호의 고조파 성분을 제거하기 위한 필터링 단계; 고조파 성분이 필터링된 전압 신호와 전류 신호를 서로 곱하여 순시 전력 신호를 출력하는 단계; 상기 순시 전력 신호의 순시 전력 최대치와 순시 전력 최소치를 검출하는 단계;및 상기 순시 전력 최대치와 상기 순시 전력 최소치로부터 유효 전력, 무효 전력 및 피상 전력을 계산하고, 계산된 유효 전력과 피상 전력으로부터 위상차를 계산하는 단계;를 포함하며, 상기 유효 전력은 아래의 수학식 1에 의해 계산되고,
[수학식 1]
Figure 112018102378699-pat00016

상기 피상 전력은 아래의 수학식 2에 의해 계산되며,
[수학식 2]
Figure 112018102378699-pat00017

상기 무효 전력은 아래의 수학식 3에 의해 계산되고,
[수학식 3]
Figure 112018102378699-pat00018

상기 위상차는 아래의 수학식 4에 의해 계산되며,
[수학식 4]
Figure 112018102378699-pat00019

P는 유효전력, VA는 피상전력, Q는 무효전력, θ는 위상차, p(t)max는 최대 순시 전력, p(t)min은 최소 순시 전력인 것을 특징으로 하는 전력 측정 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 전압 신호와 전류 신호를 입력받아 필터링을 수행하는 저역 통과 필터 회로; 상기 저역 통과 필터의 필터링을 통해 출력된 전압 신호와 전류 신호를 입력받아 서로 곱하여 순시 전력 신호로 출력하는 아날로그 곱셈기; 상기 순시 전력 신호의 최대 순시 전력을 검출하기 위한 최대치 검출 회로와 최소 순시 전력을 검출하기 위한 최소치 검출 회로; 상기 최대 순시 전력과 상기 최소 순시 전력을 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;및 상기 최대 순시 전력과 상기 최소 순시 전력을 이용하여 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 및 위상차를 계산하는 상기 전력 측정 방법을 수행하는 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 저장된 계산기;를 포함하는 전력 측정 장치를 더 제공한다.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
본 발명의 최대 순시 전력과 최소 순시 전력을 이용한 전력 측정 방법 및 장치에 의하면 전압 신호와 전류 신호를 여러 번 샘플링하여 실효치를 계산하지 않고 아날로그 전압 및 전류 신호의 최대 순시 전력과 최소 순시 전력을 이용하여 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 및 위상차를 계산에 의해 측정이 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 디지털 전력 계측기의 구성도,
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 측정 방법을 갖는 전력 측정 장치의 구성도,
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 전력 측정 방법을 갖는 전력 측정 장치의 구성도를 보여주는 도면으로, 도 2를 참조하면 상기 전력 측정 장치(100)는 전압 신호와 전력 신호를 필터링 하는 저역 통과 필터(110), 상기 저역 통과 필터를 통해 필터링된 전압 신호와 전력 신호를 입력받아 서로 곱셈하여 순시 전력 신호를 출력하는 아날로그 곱셈기(120), 상기 순시 전력 신호를 입력받아 최대 순시 전력을 검출하는 최대치 검출 회로(130) 및 최소 순시 전력을 검출하는 최소치 검출회로(140), 상기 최대 순시 전력과 상기 최소 순시 전력을 입력받아 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(150) 및 상기 디지털 신호로 변환된 최대 순시 전력과 최소 순시 전력을 입력받아 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 및 위상차를 계산하는 계산기(160)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 계산기(160)에는 상기 계산기(160)를 기능시켜 상기 최대 순시 전력과 상기 최소 순시 전력으로부터 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 및 위상차를 계산하는 컴퓨터 프로그램이 저장된다.
또한, 상기 컴퓨터 프로그램은 별도의 기록 매체에 저장되어 제공될 수 있으며, 상기 기록매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되어 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다.
예를 들면, 상기 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD, DVD와 같은 광 기록 매체, 자기 및 광 기록을 겸할 수 있는 자기-광 기록 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등 단독 또는 조합에 의해 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치일 수 있다.
또한, 상기 컴퓨터 프로그램은 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등이 단독 또는 조합으로 구성된 프로그램일 수 있고, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라, 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드로 짜여진 프로그램일 수 있다.
또한, 상기 컴퓨터 프로그램은 통신망을 통해 상기 컴퓨터프로그램을 전송할 수 있는 서버시스템에 저장될 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 측정 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 측정 방법은 먼저, 전압 신호와 전류 신호를 상기 저역 통과 필터 회로(110)를 통해 고조파를 제거한다(S1000).
다음, 상기 고조파가 제거된 전압 신호와 전류 신호를 상기 아날로그 곱셈기(120)를 통해 서로 곱하여 순시 전력을 출력한다(S2000).
다음, 상기 순시 전력은 상기 최대치 검출 회로(130)를 통해 최대 순시 전력을 검출하고 상기 최소치 검출 회로(140)를 통해 최소 순시 전력을 검출한다(S3000).
다음, 상기 최대 순시 전력과 상기 최소 순시 전력을 상기 A/D 변환기(150)를 통해 디지털 신호로 변환한다.
다음, 상기 디지털 신호로 변환된 상기 최대 순시 전력과 상기 최소 순시 전력을 상기 계산기(160)를 통해 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 또는 위상차를 계산한다(S4000).
또한, 상기 유효 전력은 실제로 소비되는 전력을 뜻하며, 동위상일 경우 최대 순시 전력만을 가지고 유효 전력 계산이 가능하나 동위상이 아닌 경우 위상차로 인해 소비되지 않는 (-) 부호의 최소 순시 전력이 발생하여 최대 순시 전력이 감소되어 출력됨으로 아래의 수학식 1과 같이 상기 최대 순시 전력과 상기 최소 순시 전력을 더한 값에서 2로 나누어 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017072141445-pat00005
여기서, P는 유효 전력, p(t)max는 최대 순시 전력, p(t)min은 최소 순시 전력을 나타낸다.
또한, 상기 피상 전력은 전체 전력의 크기를 뜻하며, 아래의 수학식 2와 같이 상기 최대 순시 전력과 상기 최소 순시 전력을 뺀 값에서 2로 나누어 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112017072141445-pat00006
여기서, VA는 피상 전력을 나타낸다.
또한, 상기 무효 전력은 소비되지 않는 전력을 뜻하며, 아래의 수학식 3과 같이 상기 피상 전력(VA)의 제곱값과 상기 유효 전력(P)의 제곱값을 뺀 값에 거듭제곱근 하여 계산할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112017072141445-pat00007
여기서, Q는 상기 무효 전력을 나타낸다.
또한, 상기 위상차는 아래의 수학식 4와 같이 상기 유효 전력을 상기 피상 전력으로 나눈 값을 아크 코사인 하여 계산할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112017072141445-pat00008
여기서, θ는 위상차를 나타낸다.
즉, 본 발명의 전력 측정 방법에 의하면 전압 신호와 전류 신호를 각각 샘플링하여 계산된 실효치 값을 이용하지 않고도 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 및 위상차를 계산하여 측정할 수 있는 장점이 있다.
따라서, 본 발명의 전력 측정 방법은 샘플링된 전압 신호와 전류 신호를 사용하지 않고 상기 전압 신호와 상기 전류 신호를 곱셈하여 출력된 순시 전력을 이용하여 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 및 위상차를 계산하여 측정할 수 있으므로, 높은 주파수의 전압 신호와 전류 신호 샘플링 시 발생할 수 있는 샘플링 신호의 신뢰성 저하와 측정이 불가한 상태가 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100:전력 측정 장치 110:로우 패스 필터
120:아날로그 곱셈기 130:최대치 검출 회로
140:최소치 검출 회로 150:A/D 변환기
160:계산기

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 전압 신호와 전류 신호를 입력받아 상기 전압 신호와 상기 전류 신호의 고조파 성분을 제거하기 위한 필터링 단계;
    고조파 성분이 필터링된 전압 신호와 전류 신호를 서로 곱하여 순시 전력 신호를 출력하는 단계;
    상기 순시 전력 신호의 순시 전력 최대치와 순시 전력 최소치를 검출하는 단계;및
    상기 순시 전력 최대치와 상기 순시 전력 최소치로부터 유효 전력, 무효 전력 및 피상 전력을 계산하고, 계산된 유효 전력과 피상 전력으로부터 위상차를 계산하는 단계;를 포함하며,
    상기 유효 전력은 아래의 수학식 1에 의해 계산되고,
    [수학식 1]
    Figure 112018102378699-pat00020

    상기 피상 전력은 아래의 수학식 2에 의해 계산되며,
    [수학식 2]
    Figure 112018102378699-pat00021

    상기 무효 전력은 아래의 수학식 3에 의해 계산되고,
    [수학식 3]
    Figure 112018102378699-pat00022

    상기 위상차는 아래의 수학식 4에 의해 계산되며,
    [수학식 4]
    Figure 112018102378699-pat00023

    P는 유효전력, VA는 피상전력, Q는 무효전력, θ는 위상차, p(t)max는 최대 순시 전력, p(t)min은 최소 순시 전력인 것을 특징으로 하는 전력 측정 방법
  7. 전압 신호와 전류 신호를 입력받아 필터링을 수행하는 저역 통과 필터 회로;
    상기 저역 통과 필터의 필터링을 통해 출력된 전압 신호와 전류 신호를 입력받아 서로 곱하여 순시 전력 신호로 출력하는 아날로그 곱셈기;
    상기 순시 전력 신호의 최대 순시 전력을 검출하기 위한 최대치 검출 회로와 최소 순시 전력을 검출하기 위한 최소치 검출 회로;
    상기 최대 순시 전력과 상기 최소 순시 전력을 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;및
    상기 최대 순시 전력과 상기 최소 순시 전력을 이용하여 제 6 항의 유효 전력, 무효 전력, 피상 전력 및 위상차를 계산하는 방법을 수행하는 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 저장된 계산기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 측정 장치
KR1020170094864A 2017-07-26 2017-07-26 최대 순시 전력과 최소 순시 전력을 이용한 전력 측정 방법 및 장치 KR101918559B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170094864A KR101918559B1 (ko) 2017-07-26 2017-07-26 최대 순시 전력과 최소 순시 전력을 이용한 전력 측정 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170094864A KR101918559B1 (ko) 2017-07-26 2017-07-26 최대 순시 전력과 최소 순시 전력을 이용한 전력 측정 방법 및 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101918559B1 true KR101918559B1 (ko) 2018-11-14

Family

ID=64328140

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170094864A KR101918559B1 (ko) 2017-07-26 2017-07-26 최대 순시 전력과 최소 순시 전력을 이용한 전력 측정 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101918559B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109738692A (zh) * 2018-12-26 2019-05-10 中国计量大学 专用于电针治疗仪的瞬时功率检测电路及其设计方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101004147B1 (ko) * 2010-04-02 2010-12-27 한국전력공사 역 조류 보정용 3상 양방향 계량기 및 계량방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101004147B1 (ko) * 2010-04-02 2010-12-27 한국전력공사 역 조류 보정용 3상 양방향 계량기 및 계량방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109738692A (zh) * 2018-12-26 2019-05-10 中国计量大学 专用于电针治疗仪的瞬时功率检测电路及其设计方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10459013B2 (en) Apparatus for and method of providing measurements of uncertainty in respect of a transfer function
US8868364B2 (en) Apparatus and method for real time harmonic spectral analyzer
JP6173721B2 (ja) 周波数解析装置、当該周波数解析装置を用いた信号処理装置、および、当該信号処理装置を用いた高周波測定装置
JP5000441B2 (ja) 電力測定方法および電力測定装置
JP2007232571A (ja) 電圧等の実効値演算回路および測定器
US11262429B2 (en) Method, apparatus and device for detecting abnormity of energy metering chip, and medium
JP4090989B2 (ja) ジッタ測定装置、及びジッタ測定方法
KR101918559B1 (ko) 최대 순시 전력과 최소 순시 전력을 이용한 전력 측정 방법 및 장치
JP5144399B2 (ja) コイル用電流センサ回路
JP5256094B2 (ja) ジッタ測定装置
JP2010038787A (ja) 絶縁監視装置
JP2006047304A (ja) 周波数測定装置
EP2549608B1 (en) Protection relay device and protection relay method
JP2007198812A (ja) 震度計
KR102182594B1 (ko) 동기좌표계 위상동기루프 및 이를 이용한 단상 계통형 인버터의 dc 오프셋 보상 방법과 시스템
JP5430725B1 (ja) 波形処理装置
JP2009300158A (ja) 絶縁監視装置
JP5830941B2 (ja) 位相同期検出回路
KR101916820B1 (ko) 주파수 측정장치 및 그 방법
JP2005214932A5 (ko)
KR20150108150A (ko) 교류 신호 실효 값 산출기
JP2016057077A (ja) 測定装置および信号種類判別方法
JP4572536B2 (ja) サンプリング式測定装置
CN111033278B (zh) 用于改善均方根(rms)测量的系统和方法
JP6373765B2 (ja) 濾波装置および濾波方法

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant