KR102014067B1 - 아날로그-디지털 변환기 고장을 진단하는 지능형 전자장치 및 이를 이용한 오동작 방지 방법 - Google Patents

아날로그-디지털 변환기 고장을 진단하는 지능형 전자장치 및 이를 이용한 오동작 방지 방법 Download PDF

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Abstract

아날로그-디지털 변환기 고장을 진단하는 지능형 전자장치 및 이를 이용한 오동작 방지 방법에 대해 개시한다. 본 발명에 따른 지능형 전자장치는 송배전 선로나 전력 계통의 아날로그 전압을 샘플링하여 디지털 전압 값으로 변조하는 아날로그-디지털 변환기, 디지털 전압 값으로 실효치를 산출하고, 디지털 전압 값과 미리 설정된 기준치 및 상기 산출된 실효치의 비교 결과에 따라 아날로그-디지털 변환기의 고장을 진단하는 고장 진단 유닛, 및 고장 진단 유닛의 고장 진단 결과에 따라 송배전 선로나 전력 계통의 전력을 차단하는 차단기를 포함하는바, 아날로그-디지털 변환기의 고장 여부를 진단하여, 고장 또는 소손이 발생하더라도 그에 따른 오동작을 방지할 수 있다.

Description

아날로그-디지털 변환기 고장을 진단하는 지능형 전자장치 및 이를 이용한 오동작 방지 방법{INTELLIGENT ELECTRONIC DEVICE FOR FAILURE DETECT OF A-D CONVERTER AND FALSE OPERATING PREVENTIVE METHOD USING THE SAME}
본 발명은 송배전 선로나 전력 계통의 이상 여부를 감지하기 위해 구성된 아날로그-디지털 변환기의 고장 여부를 진단하여, 고장 또는 소손이 발생하더라도 그에 따른 오동작을 방지할 수 있도록 한 지능형 전자장치 및 이를 이용한 오동작 방지 방법에 관한 것이다.
송배전 선로, 전력 계통, 특정 전력 설비 등에 고장이 발생하면 과전압, 부족전압, 과전류, 주파수 변동 등이 발생하여, 전력 공급에 지장을 초래하고 설비에도 악영향을 미치게 된다. 이에, 고장 초기에 신속히 고장 구간을 전력 설비 등과 분리하여 고장에 따른 악영향을 최소화해야 한다.
이를 위해, 송배전 선로나 전력 계통 등에는 고장 여부를 실시간으로 감지하여, 고장 발생시 빠르게 차단기 등을 동작시키기 위한 장치들이 구성된다. 이렇게 송배전 선로나 전력 계통의 전력을 감지하여 고장 발생시 전력을 차단시키기 위한 장치로는 디지털 보호 계전기, 전원 관리 유닛(PMU, power management unit), 전력 계측기(Power Meter) 등이 이용된다.
디지털 보호 계전기, PMU, 전력 계측기 등은 전류 변성기(CT: Current Transformer)와 전압 변성기(PT: Potential Transformer) 등을 이용해 송배전 선로나 전력 계통 등의 아날로그 전압을 검출한다. 그리고 아날로그-디지털 변환기를 통해 아날로그 검출 전압을 디지털 값으로 변환하며, 지능형 전자장치(Intelligent Electronic Device) 등을 이용해서 송배전 선로나 전력 계통 등의 고장을 진단한다.
하지만, 종래의 디지털 보호 계전기 등은 아날로그-디지털 변환기를 통해서 확인되는 디지털 전압 값에 따라서만 송배전 선로나 전력 계통의 고장 여부를 진단했기 때문에, 아날로그-디지털 변환기의 손상이나 오동작시에도 송배전 선로나 계통의 고장으로 판단하는 문제가 있었다.
전력 계통에서 아날로그 전압을 입력받는 입력단 회로나 아날로그-디지털 변환기들은 서지 전압(Surge Voltage)과 같은 일시적인 과전압에 의해 소손되는 경우가 잦다. 그럼에도, 종래에는 입력단 회로나 아날로그-디지털 변환기 등의 소손이나 오동작은 고려하지 못하고, 고장 진단시 바로 송배전 선로나 전력 계통의 전력을 차단해버리는 문제가 있었다.
전력 계통 등의 전력 차단시에는 생산 설비와 의료기관, 상가 등에서는 막대한 손실이 유발되기 때문에, 입력단 회로나 아날로그-디지털 변환기 등의 단순한 소손이나 오동작 발생시에는 이를 정확하게 확인하여 전력 차단으로 인한 피해를 줄여야 한다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 송배전 선로나 전력 계통의 이상 여부를 감시하기 위해 구성된 입력단 회로와 아날로그-디지털 변환기의 고장 여부를 진단한다. 그리고 입력단 회로나 아날로그-디지털 변환기의 고장이나 소손이 발생하더라도 그에 따른 오동작을 방지할 수 있도록 한 지능형 전자장치 및 이를 이용한 오동작 방지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 오동작을 방지할 수 있도록 한 지능형 전자장치는 송배전 선로나 전력 계통의 아날로그 전압을 샘플링하여 디지털 전압 값으로 변조하는 아날로그-디지털 변환기, 디지털 전압 값으로 실효치를 산출하고, 디지털 전압 값과 미리 설정된 기준치 및 상기 산출된 실효치의 비교 결과에 따라 아날로그-디지털 변환기의 고장을 진단하는 고장 진단 유닛, 및 고장 진단 유닛의 고장 진단 결과에 따라 송배전 선로나 전력 계통의 전력을 차단하는 차단기를 포함한다.
아날로그-디지털 변환기는 전류 변성기와 전압 변성기 중 적어도 하나의 변성기를 통해 검출된 아날로그 전압을 필터링하고 증폭시키는 증폭 모듈, 및 증폭 모듈에서 증폭된 아날로그 전압을 미리 설정된 주기와 기간 단위로 샘플링하고 샘플링된 디지털 전압 값을 검출해서 고장 진단 유닛으로 전송하는 AD 변환 모듈을 포함한다.
고장 진단 유닛은 아날로그-디지털 변환기를 통해 입력된 디지털 전압 값을 푸리에 변환하여 디지털 전압 값 변화에 대응되는 실효치를 실시간으로 산출하고, 실시간으로 산출된 실효치가 기준치 이상일 때는 디지털 전압 값과 실효치를 비교함으로써, 디지털 전압 값과 실효치의 비교 결과에 따라 아날로그-디지털 변환기의 고장을 진단한다.
또한, 고장 진단 유닛은 실시간으로 산출된 실효치가 기준치 이상으로 가변되면 아날로그-디지털 변환기의 고장 여부 진단을 위해 디지털 전압 값과 실효치를 비교하며, 디지털 전압 값이 실효치보다 더 크면 아날로그-디지털 변환기의 고장으로 판단하여 송배전 선로나 상기 전력 계통의 전력 전송을 유지시킨다.
고장 진단 유닛은 실시간으로 산출된 실효치가 기준치 이상으로 가변되면 아날로그-디지털 변환기의 고장 여부 진단을 위해 디지털 전압 값과 상기 실효치를 비교하며, 디지털 전압 값이 실효치보다 더 작게 유지되면 아날로그-디지털 변환기가 정상 동작하는 것으로 판단하여 차단기를 통해 상기 송배전 선로나 상기 전력 계통의 전력을 차단시킨다.
고장 진단 유닛은 아날로그-디지털 변환기를 통해 입력된 디지털 전압 값을 코싸인 필터와 싸인 필터를 이용해 각각 변조하고, 실효 값 출력부를 이용해서는 코싸인 필터와 싸인 필터를 통해 각각 변조된 전압 값을 미리 설정된 주파수에 대응시킴으로써, 미리 설정된 주파수 영역에서의 전압 값 변화에 대응되는 실효 값을 산출한다.
고장 진단 유닛의 코싸인 필터와 싸인 필터는 하기의 수학식 1을 이용하여, 아날로그-디지털 변환기를 통해 입력된 디지털 전압 값을 싸인 및 코싸인 변환 상수 값(an, bn)으로 각각 적용하여 변조하며,
[수학식 1]
Figure 112018065930095-pat00001
실효 값 출력부는 하기의 수학식 2를 이용하여, 미리 설정된 주파수 영역에서의 전압 값 변화에 대응되는 실효 값을 산출하고,
[수학식 2]
Figure 112018065930095-pat00002
,
여기서, f(t) <--> F(w), t= 시간 도메인, w=미리 설정된 주파수 도메인이 될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 오동작을 방지할 수 있도록 한 방법은 송배전 선로나 전력 계통의 아날로그 전압을 아날로그-디지털 변환기를 통해 샘플링하고 디지털 전압 값으로 변조하는 단계, 디지털 전압 값으로 실효치를 산출하고, 디지털 전압 값과 미리 설정된 기준치 및 산출된 실효치의 비교 결과에 따라 아날로그-디지털 변환기의 고장을 진단하는 단계, 및 아날로그-디지털 변환기의 고장 진단 결과에 따라 송배전 선로나 전력 계통의 전력을 차단하는 단계를 포함한다.
특히, 아날로그 전압을 디지털 전압 값으로 변조하는 단계는 전류 변성기와 전압 변성기 중 적어도 하나의 변성기를 이용해서 아날로그 전압을 검출하는 단계, 검출된 아날로그 전압을 필터링하고 증폭시키는 단계, 및 증폭된 아날로그 전압을 미리 설정된 주기와 기간 단위로 샘플링하고 샘플링된 디지털 전압 값을 고장 진단 유닛으로 전송하는 단계를 포함한다.
아날로그-디지털 변환기의 고장을 진단하는 단계는 아날로그-디지털 변환기를 통해 입력된 디지털 전압 값을 푸리에 변환하여 디지털 전압 값 변화에 대응되는 실효치를 실시간으로 산출하는 단계, 및 실시간으로 산출된 실효치가 기준치 이상일 때는 디지털 전압 값과 상기 실효치를 비교함으로써, 디지털 전압 값과 실효치의 비교 결과에 따라 아날로그-디지털 변환기의 고장을 진단하는 단계를 포함한다.
아날로그-디지털 변환기의 고장을 진단하는 단계는 실시간으로 산출된 실효치가 기준치 이상으로 가변되면 아날로그-디지털 변환기의 고장 여부 진단을 위해 디지털 전압 값과 실효치를 비교하는 단계, 및 디지털 전압 값이 실효치보다 더 크면 아날로그-디지털 변환기의 고장으로 판단하여 송배전 선로나 전력 계통의 전력 전송을 유지시키는 단계를 포함한다.
아날로그-디지털 변환기의 고장을 진단하는 단계는 실시간으로 산출된 실효치가 기준치 이상으로 가변되면 아날로그-디지털 변환기의 고장 여부 진단을 위해 디지털 전압 값과 실효치를 비교하는 단계, 및 디지털 전압 값이 실효치보다 더 작게 유지되면 아날로그-디지털 변환기가 정상 동작하는 것으로 판단하여 차단기를 통해 송배전 선로나 전력 계통의 전력을 차단시키는 단계를 포함한다.
아날로그-디지털 변환기의 고장을 진단하는 단계는 아날로그-디지털 변환기를 통해 입력된 디지털 전압 값을 코싸인 필터와 싸인 필터를 이용해 각각 변조하는 단계, 실효 값 출력부를 이용해서는 코싸인 필터와 싸인 필터를 통해 각각 변조된 전압 값을 미리 설정된 주파수 주기에 대응시킴으로써, 미리 설정된 주파수 주기에서의 전압 값 변화에 대응되는 실효치를 산출하는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같은 다양한 기술 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그-디지털 변환기 고장을 진단하는 지능형 전자장치 및 이를 이용한 오동작 방지 방법은 송배전 선로나 전력 계통의 이상 여부를 감시하기 위해 구성된 입력단 회로와 아날로그-디지털 변환기의 고장 여부를 실시간으로 진단할 수 있다.
이에, 아날로그-디지털 변환기를 통해서 입력된 전압 변화로 인해, 전력 계통 등에 이상이 확인되더라도 바로 전력을 차단하지 않고 입력단 회로나 아날로그-디지털 변환기의 고장 또는 소손 여부를 먼저 진단하게 된다. 그리고 입력단 회로나 아날로그-디지털 변환기의 정상 동작이 확인된 경우에만 송배전 선로나 전력 계통을 차단 시킬 수 있다. 이에, 계통 전압의 변화 감지에 의해 전력 계통이 차단되는 등의 단순한 오동작을 방지하고 전력 차단 효율과 정확성을 더욱 높일 수 있다.
또한, 입력단 회로나 아날로그-디지털 변환기의 소손이나 고장이 진단 및 확인되더라도 송배전 선로나 전력 계통의 전력 공급은 차질 없이 진행될 수 있도록 하는바, 계통 전력 차단 등에 따른 오동작에 의해 생산 설비와 의료기관, 상가 등에서 손실이 발생하는 일을 방지하고, 전력 관리 효율과 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 아날로그-디지털 변환기 고장을 진단하는 지능형 전자장치의 적용 예를 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 아날로그-디지털 변환기 및 지능형 전자장치의 세부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 2의 아날로그-디지털 변환기를 통해 검출된 DC 전압의 변화를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 지능형 전자장치의 차단기 제어 기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 지능형 전자장치의 차단기 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하, 본 발명의 아날로그-디지털 변환기 고장을 진단하는 지능형 전자장치 및 이를 이용한 오동작 방지 방법에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 아날로그-디지털 변환기 고장을 진단하는 지능형 전자장치의 적용 예를 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 지능형 전자장치는 전류 변성기(Current Transformer, 110), 전압 변성기(Potential Transformer, 120), 아날로그-디지털 변환기(200), 고장 진단 유닛(300), 및 차단기(400)를 포함한다.
전류 변성기(110)는 송배전 선로나 전력 계통(110)을 통해 부하(500)로 전송되는 계통 전류를 검출하여, 검출된 계통 전류를 아날로그-디지털 변환기(200)로 전송한다.
전압 변성기(120)는 송배전 선로나 전력 계통(110)을 통해 부하(500)로 전송되는 계통 전압을 검출하고, 검출된 계통 전압을 아날로그-디지털 변환기(200)로 전송한다.
아날로그-디지털 변환기(200)는 전류 변성기(110)로부터의 계통 전류와 전압 변성기(120)로부터의 계통 전압을 각각 수신한다. 그리고 아날로그-디지털 변환기(200)는 전압 변성기(120)를 통해 입력되는 송배전 선로나 전력 계통(100)의 아날로그 전압을 디지털 전압 값으로 변조한다. 이를 위해, 아날로그-디지털 변환기(200)는 전류 변성기(110)와 전압 변성기(120) 중 적어도 하나의 변성기를 통해 검출된 아날로그 전압을 먼저 필터링하고 증폭시킨다. 그리고 증폭된 아날로그 전압을 샘플링해서 샘플링된 전압 값을 고장 진단 유닛(300)으로 전송한다.
고장 진단 유닛(300)은 아날로그-디지털 변환기(200)를 통해 입력되는 샘플링된 전압 값을 미리 설정된 알고리즘(예를 들어, 이산 푸리에 변환)으로 데이터 처리한 후, 실시간으로 확인해서 아날로그-디지털 변환기(200)의 고장 여부를 판단한다.
아날로그-디지털 변환기(200)의 고장 여부를 판단하는 이유는 아날로그-디지털 변환기(200)가 서지 전압 등의 과전압이나 과전류에 의해 소손될 위험이 크고, 오작동 가능성이 높기 때문에 아날로그-디지털 변환기(200)의 고장 여부에 따라 계통 전압의 차단 여부를 더욱 정확하게 판단하기 위해서이다.
구체적으로, 아날로그-디지털 변환기(200)를 통해서 검출된 계통 전압의 전압 값이 미리 설정된 기준치보다 높게 검출되더라도 계통 전력을 차단하기 전에 아날로그-디지털 변환기(200)의 고장 여부를 확인한다. 확인 결과, 아날로그-디지털 변환기(200)가 고장 난 것으로 판단하게 되면, 계통 전압은 차단되지 않고 계속 부하(500)로 공급되도록 한다. 이 경우, 아날로그-디지털 변환기(200)의 오작동으로 인해서는 생산 설비, 의료기관, 상가 등으로 공급되는 전력이 끊기지 않게 되므로, 오작동에 따른 손실은 방지할 수 있게 된다.
반면, 아날로그-디지털 변환기(200)를 통해서 검출된 계통 전압의 검출 결과가 미리 설정된 기준치보다 높게 검출되었을 때, 아날로그-디지털 변환기(200)의 고장 여부를 확인해서, 아날로그-디지털 변환기(200)가 정상으로 판단되는 경우에는 계통 전압이 차단되도록 한다.
고장 진단 유닛(300)이 아날로그-디지털 변환기(200)의 고장을 정확하게 판단할 수 있도록 하기 위해, 본 발명에서는 아날로그-디지털 변환기(200)를 통해 입력되는 디지털 전압 값으로 실효치를 산출한다. 그리고 산출된 실효치를 이용해서 아날로그-디지털 변환기(200)의 고장 여부를 진단한다.
구체적으로, 고장 진단 유닛(300)은 아날로그-디지털 변환기(200)의 고장을 진단하기 위해, 먼저 아날로그-디지털 변환기(200)를 통해 입력되는 디지털 전압 값으로 실효치를 산출한다. 여기서, 직류 전압 값의 실효치를 산출하는 이유는 전류 및 전압에 포함되어 있는 고조파 성분이나 노이즈 성분은 배제하고 기본파의 값이나 크기로만 계전을 하기 위함이다.
이에, 고장 진단 유닛(300)은 아날로그-디지털 변환기(200)를 통해 입력되는 디지털 전압 값을 실시간으로 푸리에 변환(Fourier Transform)하여, 푸리에 변환된 실효치를 산출한다. 그리고 아날로그-디지털 변환기(200)를 통해 입력되는 디지털 전압 값, 미리 설정된 기준치, 및 상기 산출된 실효치의 비교 결과에 따라 아날로그-디지털 변환기(200)의 고장을 진단하게 된다. 이러한, 고장 진단 유닛(300)에 대한 구성과 자세한 동작 설명은 이후에 첨부된 도면을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
차단기(400)의 경우는 전력 계통(110)과 부하(500)의 사이에 구성되어, 고장 진단 유닛(300)의 고장 진단 결과에 따라 부하(500)로 공급되는 전력 계통(100)의 전력을 차단한다.
도 2는 도 1에 도시된 아날로그-디지털 변환기 및 지능형 전자장치의 세부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 아날로그-디지털 변환기(200)는 증폭 모듈(210), 및 AD 변환 모듈(220)을 포함해서 구성된다.
아날로그-디지털 변환기(200)의 증폭 모듈(210)은 전류 변성기(110)와 전압 변성기(120) 중 적어도 하나의 변성기를 통해 검출된 아날로그 전압을 필터링한 후, 증폭시켜서 AD 변환 모듈(220)로 전송한다.
AD 변환 모듈(220)은 증폭 모듈(210)에서 증폭된 아날로그 전압을 미리 설정된 주기와 기간별로 샘플링해서, 샘플링된 디지털 전압 값을 고장 진단 유닛(300)으로 전송한다.
구체적으로, AD 변환 모듈(220) 증폭 모듈(210)에서 증폭된 아날로그 전압을 적어도 한 주기 단위로 미리 설정된 기간마다 샘플링하고, 샘플링된 전압 값을 모두 더해서 샘플링 수로 나눔으로써 디지털 전압 값을 산출할 수 있다. 다시 말해, 디지털 전압 값은 샘플링된 전압 값들을 모두 더해서 샘플링한 수로 평균한 값이 될 수 있다.
고장 진단 유닛(300)은 아날로그-디지털 변환기(200)의 AD 변환 모듈(220)로부터 입력된 디지털 전압 값을 푸리에 변환하여 디지털 전압 값 변화에 대응되는 실효치를 실시간으로 산출한다. 그리고 실시간으로 산출된 실효치와 미리 설정된 기준치를 실시간으로 비교한다. 여기서, 실시간으로 산출된 실효치가 미리 설정된 기준치 이상으로 산출될 때는 전력 계통(100) 등에 이상에 발생한 것으로 1차 판단할 수 있다.
다시 말해, 고장 진단 유닛(300)은 실시간으로 산출된 실효치가 미리 설정된 기준치 이상으로 산출될 때는 전력 계통(100) 등에 이상에 발생한 것으로 1차 판단한다. 이렇게, 고장 진단 유닛(300)은 실시간으로 산출된 실효치가 기준치 이상으로 가변되면, 아날로그-디지털 변환기(200)의 고장 여부 진단을 위해 AD 변환 모듈(220)로부터 입력된 디지털 전압 값과 실효치를 비교한다.
고장 진단 유닛(300)은 디지털 전압 값과 실효치의 비교 결과, 디지털 전압 값이 실효치보다 더 크면 아날로그-디지털 변환기(200)를 고장으로 판단하여, 송배전 선로나 전력 계통(100)의 전력 전송은 유지시킬 수 있다.
하지만, 고장 진단 유닛(300)은 디지털 전압 값이 실효치보다 더 작게 유지되면 아날로그-디지털 변환기(200)가 정상 동작하는 것으로 판단하여, 차단기(400)를 통해 송배전 선로나 전력 계통(100)의 전력을 차단 시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 고장 진단 유닛(300)은 코싸인 필터(310), 싸인 필터(320), 실효 값 출력부(330), 및 고장 판단부(340)를 포함한다.
구체적으로, 고장 진단 유닛(300)은 아날로그-디지털 변환기(200)를 통해 입력된 디지털 전압 값을 코싸인 필터(310)와 싸인 필터(320)를 이용해 각각 변조한다. 그리고 실효 값 출력부(330)를 이용해서는 코싸인 필터(310)와 싸인 필터(320)를 통해 각각 변조된 전압 값을 미리 설정된 주파수 주기에 대응시켜 분석함으로써, 미리 설정된 주기 동안의 전압 값 변화에 대응되는 실효 값을 산출한다.
코싸인 필터(310)와 싸인 필터(320)는 하기의 수학식 1을 이용해서, 디지털 전압 값을 싸인 및 코싸인 변환 상수 값(an, bn)으로 각각 적용하여 변조할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018065930095-pat00003
이어, 실효 값 출력부(330)는 하기의 수학식 2를 이용하여, 미리 설정된 주파수 영역에서의 전압 값 변화에 대응되는 실효치를 산출할 수 있다. 하기의 수학식 2와 같이, 실효치는 실시간으로 분석된 데이터 전압 값의 제곱을 1주기 동안 평균한 값의 평방근으로서, 정현파에서 최대 값의 0.7배가 될 수 있다. 이에, 220V 나 5A 등 전기에서 사용하는 값은 모두 실효치가 될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112018065930095-pat00004
,
여기서, f(t) <--> F(w), t=시간 도메인, w=미리 설정된 주파수 도메인이 될 수 있다.
이에 따라, 고장 판단부(340)는 제1 조건으로, 실시간으로 산출된 실효치가 미리 설정된 기준치 이상으로 산출될 때는 전력 계통(100) 등에 이상에 발생한 것으로 판단한다.
제1 조건에 따라 실시간으로 산출된 실효치가 기준치 이상으로 가변되면, 고장 판단부(340)는 아날로그-디지털 변환기(200)의 고장 여부 진단을 위해 AD 변환 모듈(220)로부터 입력된 디지털 전압 값과 실효치를 비교한다.
제2 조건에 따라 디지털 전압 값과 실효치의 비교 결과가 디지털 전압 값이 실효치보다 더 크면, 고장 판단부(340)는 아날로그-디지털 변환기(200)를 고장으로 판단하여, 송배전 선로나 전력 계통(100)의 전력 전송을 유지시킨다.
하지만, 제3 조건으로, 디지털 전압 값이 실효치보다 더 작게 유지되면, 고장 판단부(340)는 아날로그-디지털 변환기(200)가 정상 동작하는 것으로 판단하여 차단기(400)를 통해 송배전 선로나 전력 계통(100)의 전력을 차단 시킨다.
도 3은 도 2의 아날로그-디지털 변환기를 통해 검출된 DC 전압의 변화를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 아날로그-디지털 변환기(200)의 증폭 모듈(210)에서는 전류 변성기(110)와 전압 변성기(120) 중 적어도 하나의 변성기를 통해 검출된 아날로그 전압을 필터링한 후, 증폭시켜서 AD 변환 모듈(220)로 전송한다. 이에, AD 변환 모듈(220)에서는 증폭 모듈(210)을 통해 입력된 아날로그 전압을 적어도 한 주기 단위로 미리 설정된 기간마다 샘플링하여, 샘플링된 전압 값(Va)을 출력한다.
계통 전력(100)에 이상 현상이나 특이 사항이 발생되지 않는다면, 계통 전력(100)에서 검출되는 아날로그 전압은 점선으로 도시된 바와 같이 특정 교류 형태로 일정하게 유지될 수 있다.
하지만, 계통 전력(100)에 이상이 발생하게 되면 아날로그 전압은 바이어스 전압의 크기만큼 특정 극성 방향으로 일정하게 유지되거나 점점 더 커지는 등의 변화가 일어난다. 따라서, 샘플링되는 디지털 전압 값(Va(n), Va(n+1) 내지 Va(n+5)) 또한 특정 극성 방향으로 일정하게 유지되거나, 특정 극성 방향으로 점점 더 커지게 된다.
도 4는 도 2에 도시된 지능형 전자장치의 차단기 제어 기술을 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 5는 도 2에 도시된 지능형 전자장치의 차단기 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4와 도 5를 참조하며, 고장 진단 유닛(300)의 고장 판단 방법과 차단기 제어 과정을 순서대로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 고장 진단 유닛(300)은 계전 동작 진행시, 아날로그-디지털 변환기(200)에서 샘플링된 디지털 전압 값을 미리 설정된 특정 알고리즘을 이용해 분석함으로써, 미리 설정된 주파수 주기 동안의 전압 값 변화에 대응되는 실효치(Ha(v))를 실시간으로 산출한다.(ST1) 이때, 고장 진단 유닛(300)은 아날로그-디지털 변환기(200)의 AD 변환 모듈(220)로부터 입력된 디지털 전압 값을 푸리에 변환 알고리즘으로 분석하여 디지털 전압 값 변화에 대응되는 실효치(Ha(v))를 실시간으로 산출할 수 있다.
이어, 고장 진단 유닛(300)은 실시간으로 산출된 실효치(Ha(v))와 미리 설정된 기준치(Rv)를 실시간으로 비교한다.(ST2) 여기서, 실시간으로 산출된 실효치가 미리 설정된 기준치 이상으로 산출될 때, 즉 T0 기간 이후의 T1 기간 시점에는 전력 계통(100) 등에 이상에 발생한 것으로 1차 판단할 수 있다.
T1 기간에서와 같이, 실시간으로 산출된 실효치(Ha(v))가 기준치(Rv) 이상으로 가변되면, 아날로그-디지털 변환기(200)의 고장 여부 진단을 위해 AD 변환 모듈(220)로부터 입력된 디지털 전압 값(Va)과 실효치(Ha(v))를 비교한다.(ST3)
전술한 바와 같이, 실효치는 실시간으로 분석된 데이터 전압 값의 제곱을 1주기 동안 평균한 값의 평방근으로서, 정현파에서 최대 값의 0.7배가 될 수 있다. 이에 따라, 디지털 전압 값(Va)과 실효치(Ha(v))의 비교 판단 결과, 디지털 전압 값(Va)이 실효치(Ha(v))보다 더 낮게 유지되고 있을 때, 정상 동작으로 판단할 수 있게 된다.
이에, 고장 진단 유닛(300)은 디지털 전압 값(Va)과 실효치(Ha(v))의 비교 판단 결과, 디지털 전압 값(Va)이 실효치(Ha(v))보다 더 크면 아날로그-디지털 변환기(200)를 고장으로 판단하여, 송배전 선로나 전력 계통(100)의 전력 전송은 유지시킬 수 있다.(ST5)
아날로그-디지털 변환기(200)가 고장 난 경우, 디지털 전압 값(Va)은 계속해서 어느 한 극성 방향으로 변화되지만, 푸리에 변환된 실효치(Ha(v))는 가변되다가도 정상상태로 복귀하게 된다. 이에, 디지털 전압 값(Va)과 실효치(Ha(v))의 상관관계를 추가로 비교하여 본 발명에서는 아날로그-디지털 변환기(200)의 고장이나 오동작에 따른 피해를 예방할 수 있게 된다.
만일, 고장 진단 유닛(300)은 디지털 전압 값(Va)이 실효치(Ha(v))보다 더 작게 유지되면 아날로그-디지털 변환기(200)가 정상 동작하는 것으로 판단하여, 차단기(400)를 통해 송배전 선로나 전력 계통(100)의 전력을 차단 시킬 수 있다.(ST4)
전술한 바와 같은 다양한 기술 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그-디지털 변환기(200) 고장을 진단하는 지능형 전자장치 및 이를 이용한 오동작 방지 방법은 송배전 선로나 전력 계통(100)의 이상 여부를 감시하기 위해 구성된 아날로그 전압 입력단 회로나 아날로그-디지털 변환기(200)의 고장 여부를 진단할 수 있다.
이에, 아날로그 전압 입력단 회로나 아날로그-디지털 변환기(200)에 고장 또는 소손이 발생하더라도 아날로그 전압 입력단 회로나 아날로그-디지털 변환기(200) 고장 등에 따라 전력 계통(100)이 차단되는 등의 따른 오동작이 방지될 수 있도록 한다.
특히, 아날로그 전압 입력단 회로나 아날로그-디지털 변환기(200)에 소손이나 고장 등이 발생 되더라도 송배전 선로나 전력 계통(100)의 전력 공급은 차질 없이 진행될 수 있도록 하는바, 계통 전력 차단 등에 따른 오동작에 의해 생산 설비와 의료기관, 상가 등에서 손실이 발생하는 일을 방지하고, 전력 관리 효율과 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100: 전력 계통
110: 전류 변성기
120: 전압 변성기
200: 아날로그-디지털 변환기
300: 고장 진단 유닛
400: 차단기

Claims (13)

  1. 송배전 선로나 전력 계통의 아날로그 전압을 샘플링하여 디지털 전압 값으로 변조하는 아날로그-디지털 변환기;
    상기 디지털 전압 값으로 실효치를 산출하고, 상기 디지털 전압 값과 미리 설정된 기준치 및 상기 산출된 실효치의 비교 결과에 따라 상기 아날로그-디지털 변환기의 고장을 진단하는 고장 진단 유닛; 및
    상기 고장 진단 유닛의 고장 진단 결과에 따라 상기 송배전 선로나 전력 계통의 전력을 차단하는 차단기를 포함하고,
    상기 고장 진단 유닛은
    상기 아날로그-디지털 변환기를 통해 입력된 디지털 전압 값을 푸리에 변환하여 상기 디지털 전압 값 변화에 대응되는 실효치를 실시간으로 산출하고,
    상기 실시간으로 산출된 실효치가 상기 기준치 이상으로 가변되면 상기 아날로그-디지털 변환기의 고장 여부 진단을 위해 상기 디지털 전압 값과 상기 실효치를 비교하며,
    상기 디지털 전압 값이 상기 실효치보다 더 크면 상기 아날로그-디지털 변환기 고장으로 진단하여 상기 송배전 선로나 상기 전력 계통의 전력 전송을 유지시키는,
    아날로그-디지털 변환기 고장을 진단하는 지능형 전자장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 아날로그-디지털 변환기는
    전류 변성기와 전압 변성기 중 적어도 하나의 변성기를 통해 검출된 아날로그 전압을 필터링하고 증폭시키는 증폭 모듈; 및
    상기 증폭 모듈에서 증폭된 아날로그 전압을 미리 설정된 주기와 기간 단위로 샘플링하고 샘플링된 디지털 전압 값을 검출해서 상기 고장 진단 유닛으로 전송하는 AD 변환 모듈을 포함하는,
    아날로그-디지털 변환기 고장을 진단하는 지능형 전자장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고장 진단 유닛은
    상기 실시간으로 산출된 실효치가 상기 기준치 이상으로 가변되면 상기 아날로그-디지털 변환기의 고장 여부 진단을 위해 상기 디지털 전압 값과 상기 실효치를 비교하며,
    상기 디지털 전압 값이 상기 실효치보다 더 작게 유지되면 상기 차단기를 통해 상기 송배전 선로나 상기 전력 계통의 전력을 차단시키는,
    아날로그-디지털 변환기 고장을 진단하는 지능형 전자장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고장 진단 유닛은
    상기 아날로그-디지털 변환기를 통해 입력된 상기 디지털 전압 값을 코싸인 필터와 싸인 필터를 이용해 각각 변조하고,
    실효 값 출력부를 이용해서는 상기 코싸인 필터와 상기 싸인 필터를 통해 각각 변조된 전압 값을 미리 설정된 주파수 주기에 대응시킴으로써, 상기 미리 설정된 주파수 주기의 전압 값 변화에 대응되는 실효치를 산출하는,
    아날로그-디지털 변환기 고장을 진단하는 지능형 전자장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 고장 진단 유닛의 코싸인 필터와 싸인 필터는
    하기의 수학식 1을 이용하여,
    상기 아날로그-디지털 변환기를 통해 입력된 상기 디지털 전압 값을 싸인 및 코싸인 변환 상수 값(an, bn)으로 각각 적용하여 변조하며,
    [수학식 1]
    Figure 112018065930095-pat00005

    상기 실효 값 출력부는 하기의 수학식 2를 이용하여, 상기 미리 설정된 주파수 영역에서의 전압 값 변화에 대응되는 실효 값을 산출하고,
    [수학식 2]
    Figure 112018065930095-pat00006
    ,
    여기서, 상기 f(t) <--> F(w), t= 시간 도메인, w=미리 설정된 주파수 도메인인,
    아날로그-디지털 변환기 고장을 진단하는 지능형 전자장치.
  8. 송배전 선로나 전력 계통의 아날로그 전압을 아날로그-디지털 변환기를 통해 샘플링하고 디지털 전압 값으로 변조하는 단계;
    디지털 전압 값으로 실효치를 산출하고, 상기 디지털 전압 값과 미리 설정된 기준치 및 상기 산출된 실효치의 비교 결과에 따라 상기 아날로그-디지털 변환기의 고장을 진단하는 단계; 및
    상기 아날로그-디지털 변환기의 고장 진단 결과에 따라 상기 송배전 선로나 전력 계통의 전력을 차단하는 단계를 포함하고,
    상기 아날로그-디지털 변환기의 고장을 진단하는 단계는
    상기 아날로그-디지털 변환기를 통해 입력된 디지털 전압 값을 푸리에 변환하여 상기 디지털 전압 값 변화에 대응되는 실효치를 실시간으로 산출하는 단계; 및
    상기 실시간으로 산출된 실효치가 상기 기준치 이상으로 가변되면 상기 아날로그-디지털 변환기의 고장 여부 진단을 위해 상기 디지털 전압 값과 상기 실효치를 비교하고, 상기 비교된 디지털 전압 값이 상기 실효치보다 더 크면 상기 아날로그-디지털 변환기를 고장으로 판단하여, 상기 송배전 선로나 상기 전력 계통의 전력 전송을 유지시키는 단계를 포함하는,
    지능형 전자장치를 이용한 오동작 방지 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 아날로그 전압을 상기 디지털 전압 값으로 변조하는 단계는
    전류 변성기와 전압 변성기 중 적어도 하나의 변성기를 이용해서 상기 아날로그 전압을 검출하는 단계;
    상기 검출된 아날로그 전압을 필터링하고 증폭시키는 단계; 및
    상기 증폭된 아날로그 전압을 미리 설정된 주기와 기간 단위로 샘플링하고 샘플링된 상기 디지털 전압 값을 고장 진단 유닛으로 전송하는 단계를 포함하는,
    지능형 전자장치를 이용한 오동작 방지 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 아날로그-디지털 변환기의 고장을 진단하는 단계는
    상기 실시간으로 산출된 실효치가 상기 기준치 이상으로 가변되면 상기 아날로그-디지털 변환기의 고장 여부 진단을 위해 상기 디지털 전압 값과 상기 실효치를 비교하는 단계; 및
    상기 디지털 전압 값이 상기 실효치보다 더 작게 유지되면 차단기를 통해 상기 송배전 선로나 상기 전력 계통의 전력을 차단시키는 단계를 포함하는,
    지능형 전자장치를 이용한 오동작 방지 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 아날로그-디지털 변환기의 고장을 진단하는 단계는
    상기 아날로그-디지털 변환기를 통해 입력된 상기 디지털 전압 값을 코싸인 필터와 싸인 필터를 이용해 각각 변조하는 단계;
    실효 값 출력부를 이용해서는 상기 코싸인 필터와 상기 싸인 필터를 통해 각각 변조된 전압 값을 미리 설정된 주파수 주기에 대응시킴으로써, 상기 미리 설정된 주파수 주기에서의 전압 값 변화에 대응되는 실효치를 산출하는 단계를 포함하는,
    지능형 전자장치를 이용한 오동작 방지 방법.
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