KR102041677B1 - 고조파 전력 정확도 보증 장치, 이의 방법, 그리고 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 - Google Patents
고조파 전력 정확도 보증 장치, 이의 방법, 그리고 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102041677B1 KR102041677B1 KR1020170121781A KR20170121781A KR102041677B1 KR 102041677 B1 KR102041677 B1 KR 102041677B1 KR 1020170121781 A KR1020170121781 A KR 1020170121781A KR 20170121781 A KR20170121781 A KR 20170121781A KR 102041677 B1 KR102041677 B1 KR 102041677B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- power
- harmonic
- harmonics
- samples
- voltage
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 69
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 51
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims description 15
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 12
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 8
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims description 7
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 7
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000036651 mood Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000036314 physical performance Effects 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
- G01R23/20—Measurement of non-linear distortion
-
- 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
- G01R21/006—Measuring power factor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/005—Circuits for comparing several input signals and for indicating the result of this comparison, e.g. equal, different, greater, smaller (comparing phase or frequency of 2 mutually independent oscillations in demodulators)
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
- G01R23/165—Spectrum analysis; Fourier analysis using filters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
본 발명은 고조파 전력 산출 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 고조파 전력(무효전력) 산출의 정확도 보증을 차수범위로 확대할 수 있는 고조파 전력 정확도 보증 장치, 이의 방법, 그리고 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 단위시간당 전압 전류 값을 추출해내는, 샘플링율(Sampling Rate)이 동일하다고 가정하였을 때 종래의 방법보다 최소 약 2배(혹은 그이상) 높은 고조파 차수까지 정확한 고조파 전력(특히 고조파 무효)을 산출할 수 있다. 이를 통하여 역률의 정확성 및 피상전력에 대한 정확성이 높아진다.
본 발명에 따르면, 단위시간당 전압 전류 값을 추출해내는, 샘플링율(Sampling Rate)이 동일하다고 가정하였을 때 종래의 방법보다 최소 약 2배(혹은 그이상) 높은 고조파 차수까지 정확한 고조파 전력(특히 고조파 무효)을 산출할 수 있다. 이를 통하여 역률의 정확성 및 피상전력에 대한 정확성이 높아진다.
Description
본 발명은 고조파 전력 산출 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 고조파 전력(무효전력) 산출의 정확도 보증을 차수범위로 확대할 수 있는 고조파 전력 정확도 보증 장치, 이의 방법, 그리고 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 대한 것이다.
일반적인 전력품질 측정 장치에서는 고조파 무효전력 산출을 위해 고조파 차수가 증가할수록 그 무효전력을 측정하기 위해 단위 시간당 샘플링수(Sampling Rate)를 증가 시켜야 하는 제약이 있다.
또한, 고조파가 여러 부하의 수명을 단축시키고 계통을 불안하게 한다는 점은 여러 연구에서 이미 밝혀진 바이다. 특히 분산형 전원, 전기차 충전소, 인버터 사용고객 급증으로 고조파는 계통을 불안정하게 하는 요인으로 점점 그 관리중요성이 대두되고 있다.
그러나 현재 고조파로 인한 유；무효 전력의 송전 및 역송 전력을 산출하는 기능은 전력량을 산출하는 기기에 높은 하드웨어 수준을 요구하므로 경제적으로 구현이 어렵다. 결국, 계통전체의 고조파가 급증하고 있으나 경제성을 고려하면 전력거래용 전력량계에서 그 양을 알 수 있도록 구현하는 것이 쉽지 않다.
기술적으로는 고조파로 인한 무효 전력량을 구할 때, 고조파 차수가 올라갈수록 전압 전류에 대한 단위 시간당 샘플링수가 반드시 정비례로 증가해야 하는 제약사항이 있다. 이는 무효전력을 구할 때는 전압과 전류간 90도 위상차에 해당하는 시각차를 두고 전압 전류값을 각각 샘플하여 연산해야 하기 때문이다.
여기서 샘플링수가 증가해야 하는 제약의 이유는 위와 같이 n차(고차) 고조파가 될수록 전압 전류간 90도 위상차에 해당하는 시간차가 감소하므로 그 시간차를 구분하기 위하여 단위 시간당 샘플링을 해야 하는 숫자가 늘어나는 것이다. 이는 결국 하드웨어가 처리해야 될 샘플의 수가 증가하는 것을 의미하므로 큰 제약사항이 된다.
또한, 전력 품질 측정을 위한 저성능 기기에서는 전압 전류간 위상차 개념이 반영되지 않은 THD(Total Harmonics Distortion) 기능은 있으나 고조파 전력발생량 확인기능은 없다. 이는 상기에서 언급하였듯 무효전력량을 직접 구하기 위해서는 위상차가 반영되어야 하므로 높은 샘플링 수준이 요구되어 이에 따라 높은 하드웨어 성능이 필요하기 때문이다.
특히 전력품질 측정기능을 일부 포함하고 있는 저압 전자식 전력량계에서도 하드웨어 제약사항으로 인하여 고조파로 인한 유효전력과 무효전력의 발생/소비량(특히 무효)을 확인할 수 있는 기능이 부재하다. 다만, 위상개념을 반영하지 않지만 그에 따라서 산출 알고리즘이 비교적 간단한 THD 기능을 넣어 활용하고 있는 실정이다.
사실 고조파로 인한 유효전력을 산출하는 것은 알고리즘이 간단하고 종래기술에서 많이 제시되어 있다. 간략히 원리를 설명하면 원 신호에 대해서 기본파를 제거해주고(BPF, 밴드패스필터 1개 소요) 이후에 전압, 전류 신호를 동일시점에 샘플링만한 후 기간(기본파의 수십개Cycle)평균만 구하면 되기 때문이다.
다만, 고조파로 인한 무효전력을 정확히 산출하고자 할 때는 전압과 전류간 90도 위상차가 나는, 즉 다른 시점에 샘플된 값을 곱해서 산출해야 하는데 고조파 차수별로 90도 위상차에 해당하는 시각의 차가 다르므로(기본파 대비 n고조파가 n배 더 시간이 짧음) 필터를 통하여 고조파 차수별로 전압, 전류 신호를 추출한 후 그 신호를 샘플링하여 연산하여야 한다.
여기서 특정 고조파 차수(주파수 대역)들 만을 필터하기 위하여서는 주파수 축과 시간 축을 전환해가며 연산하거나, 고조차 차수별로 관측하고자 하는 차수(Harmonic Order) 개수만큼의 하드웨어 필터를 설계하여야 하는데, 샘플링 개수까지 많아진다면 연산량이 급증하는 등의 제약조건이 발생하여 고조파로 인한
무효전력 총량을 구하기가 매우 어렵다.
따라서 위에서 언급하였듯 고조파에 대한 영향을 감시하기 위하여 THD(종합 고조파 왜형률, %)라는 기법을 많이 활용하고 있다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
그러나 전기품질을 위해 THD만을 보게 된다면 고조파에 대한 계통영향을 완벽히 해석한다고 보기 어렵다. 그 이유는 THD 기법은 전압과 전류간의 위상개념이 누락되어있다는 것이다.
즉 THD만으로는 전압 전류 고조파가 각각 대충 기본파 대비 어느 정도 발생하고 있는지는 알 수 있으나(%) 위상개념이 없어서 고조파 전압 전류로 인해 고조파 유효전력이나 무효전력이 얼마나 소비 또는 공급되는지 알 수 없다.
따라서 고조파들이 기본파(한국 60hz)에 기초하는 계통의 역률에 얼마나 영향을 끼치는지 알 수가 없다. 이에 따라, 고객이 얼마나 계통에 고조파 유/무효 전력을 공급하는지 반대급부로 전기판매사업자가 고객에게 얼마만큼의 고조파 유/무효 전력을 공급하는지 알 수 없다.
좀 더 상세히 일정한 크기를 가지는 각 차수 고조파의 전압, 전류간에 위상차가 없다면(정확히 일치한다면) 해당 계통에 대하여 고조파로 인하여 유효전력이 계통에서 더 소비될 것이다. 즉 고객관점에서 역률상승 효과가 있다.
한편, 상기와 실효값은 같으나 차수별로 고조파의 전압이 전류보다 90도 위상차가 더 빠르게 된다면 지상인 상태가 되므로 고조파로 인하여 무효전력이 계통에서 더 소비될 것이다. 즉 고객관점에서 역률저하 효과가 있다.
즉, THD(%)는 같다고 하더라도 실제 고객/계통의 관점에서 받는 영향은 다를 수 있으므로 고조파로 인한 유효전력과 무효전력량을 계측하는 것이 계통의 관리 관점에서 매우 중요하다.
따라서, 고조파로 인한 유/무효 전력량 (특히 무효전력량)을 정확히 산출할
필요가 증가하고 있다.
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 종래의 방법보다 최소 약 2배(혹은 그 이상) 높은 고조파 차수까지 정확한 고조파 전력(특히 고조파 무효)을 산출할 수 있는 고조파 전력 정확도 보증 장치, 이의 방법, 그리고 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 동일한 시점(타이밍)에 샘플링을 하여도 되는 고조파들에 대해 동시에 무효전력을 구하여 연산량을 줄일 수 있는 고조파 전력 정확도 보증 장치, 이의 방법, 그리고 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 연산량을 위한 고성능의 하드웨어가 필요 없이도 상용화된 전기품질 계측기의 하드웨어수준에서 펌웨어(소프트웨어) 업데이트로 고조파 전력을 산출해내어 면밀한 계통관리를 가능케 할 수 있는 고조파 전력 정확도 보증 장치, 이의 방법, 그리고 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고차 고조파에 대한 무효 전력량을 경제적으로 산출하기 위해 단위 시간당 샘플링수를 무조건적으로 증가시키지 않고도 그 양을 획득할 수 있는 알고리즘을 구현할 수 있는 고조파 전력 정확도 보증 장치, 이의 방법, 그리고 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 최소 약 2배(혹은 그 이상) 높은 고조파 차수까지 정확한 고조파 전력(특히 고조파 무효)을 산출할 수 있는 고조파 전력 정확도 보증 장치를 제공한다.
상기 고조파 전력 정확도 보증 장치는,
입력모듈로부터 수신되는 원신호에서 기본파를 제거하여 다수 고조파를 추출하는 기본파 제거 필터;
상기 다수 고조파 중 미리 설정된 기준 이상의 고조파들을 삭제 또는 추출하여 상기 기준 이하의 특정차수 고조파들로 이루어진 제 1 군집 고조파를 생성하는 고조파 선택 필터;
상기 원신호에서 기본파를 식별하는 기본파 식별 모듈;
상기 원신호에서 상기 기본파 및 상기 제 1 군집 고조파를 제외하는 특정차수들로만 이루어진 제 2 군집 고조파를 생성하는 통과 신호 생성 모듈;
상기 1군집 고조파로부터 샘플링을 통해 제 1 다수의 전압 및 전류 샘플로 이루어지는 제 1 군집 신호를 생성하는 제 1 샘플 추출 모듈;
상기 제 2 군집 고조파로부터 샘플링을 통해 제 2 다수의 전압 샘플 및 제 2 다수의 전류 샘플로 이루어지는 제 2 군집 신호를 생성하는 제 2 샘플 추출 모듈;
상기 제 1 군집 신호를 바탕으로 제 1 유효 및 무효 평균전력을 산출하는 제 1 평균전력산출 모듈;
상기 제 2 군집 신호를 바탕으로 제 2 유효 및 무효 평균전력을 산출하는 제 2 평균전력산출 모듈; 및
상기 제 1 유효 및 무효 평균전력 및 제 2 유효 및 무효 평균전력을 이용하여 총 전력 및 역률을 산출하는 총 전력 산출 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 고조파 전력 정확도 보증 장치는, 상기 다수 고조파 중 미리 설정된 기준 이상의 고조파들로 이루어진 제 3 군집 고조파로부터 샘플링을 통해 제 3 다수의 전압 샘플 및 제 3 다수의 전류 샘플로 이루어지는 제 3 군집 신호를 생성하는 제 3 샘플 추출 모듈; 상기 제 3 군집 신호를 이용하여 미리 설정된 설정차 이상 피상 전력 및 상기 제 3 군집 신호를 이용하여 미리 설정된 설정차 이상 유효 전력을 산출하는 제 3 평균전력산출 모듈; 및 상기 설정차 이상 피상 전력 및 설정차 이상 유효 전력을 이용하여 설정차 이상 총 전력 및 역률을 산출하는 특정 차수 이상 총 전력 산출 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 설정차 이상 피상 전력은 제 3 다수의 전압 샘플의 RMS(Root Means Square)값 및 제 3 다수의 전압 샘플의 RMS값의 곱인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 설정차 이상 유효 전력은 제 3 다수의 전압 샘플과 동일 시점의 제 3 다수의 전류 샘플의 곱을 평균한 값인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 설정차 이상은 32차 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 무효 전력은 상기 제 1 다수의 전압 샘플과 상기 기본파 기준 
시간 지연되는 제 1 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값과 상기 제 2 다수의 전압 샘플과 상기 기본파 기준 미리 설정되는 
의 일정각도 시간 지연되는 제 2 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값의 합인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 일정 각도는 순차적으로 기본파 기준 
로써 180도, 90도, 45도, 22.5도, 11.25도, 5.625도 등인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 평균한 값은 -1로 인버팅되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 유효 평균 전력의 합인 유효 전력은 상기 제 1 다수의 전압 샘플과 동일 시점의 제 1 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값과 상기 제 2 다수의 전압 샘플과 동일 시점의 제 2 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값의 합인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 샘플링은 1 사이클에 64 샘플을 취득하기 위해서는 약 0.000262416sec 마다 시행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 군집 고조파는 1초(second)에 2n 횟수로 샘플링되었을 때 1+4n, 2+8n, 4+16n, 8+32n ...2k-1+(2K+1×n), where K≥1인 정수의 고조파 차수를 걸러낼 수 있는 특성을 가지는 필터들과 3+4n, 6+8n, 12+16n, 24+32n ...3×2k-1+(2K+1×n), where K≥1인 정수의 고조파 차수를 걸러낼 수 있는 특성을 가지는 필터들에 의해 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 기본파 제거 필터가 입력모듈로부터 수신되는 원신호에서 기본파를 제거하여 다수 고조파를 추출하는 단계; (b) 고조파 선택 필터가 상기 다수 고조파 중 미리 설정된 기준 이상의 고조파들을 삭제 또는 추출하여 상기 기준 이하의 특정차수 고조파들로 이루어진 제 1 군집 고조파를 생성하는 단계; (c) 기본파 식별 모듈이 상기 원신호에서 기본파를 식별하는 단계; (d) 통과 신호 생성 모듈이 상기 원신호에서 상기 기본파 및 상기 제 1 군집 고조파를 제외하고 특정차수 고조파들로만 이루어진 제 2 군집 고조파를 생성하는 단계; (e) 제 1 샘플 추출 모듈이 상기 제 1 군집 고조파로부터 샘플링을 통해 제 1 다수의 전압 및 전류 샘플로 이루어지는 제 1 군집 신호를 생성하는 단계; (f) 제 2 샘플 추출 모듈이 상기 제 2 군집 고조파로부터 샘플링을 통해 제 2 다수의 전압 샘플 및 제 2 다수의 전류 샘플로 이루어지는 제 2 군집 신호를 생성하는 단계; (g) 제 1 평균전력산출 모듈이 상기 제 1 군집 신호를 바탕으로 제 1 유효 및 무효 평균전력을 산출하는 단계; (h) 제 2 평균전력산출 모듈이 상기 제 2 군집 신호를 바탕으로 제 2 유효 및 무효 평균전력을 산출하는 단계; 및 (i) 총 전력 산출 모듈이 상기 제 1 유효 및 무효 평균전력 및 제 2 유효 및 무효 평균전력을 이용하여 총 전력 및 역률을 산출하는 단계;를 포함하여 이루어지는 고조파 전력 정확도 보증 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 고조파 전력 정확도 보증 방법은, 상기 (b) 단계이후, 제 3 샘플 추출 모듈이 상기 기준 이상의 고조파들로 이루어진 제 3 군집 고조파로부터 샘플링을 통해 제 3 다수의 전압 샘플 및 제 3 다수의 전류 샘플로 이루어지는 제 3 군집 신호를 생성하는 단계; 제 3 평균전력산출 모듈이 상기 제 3 군집 신호를 이용하여 미리 설정된 설정차 이상 피상 전력 및 상기 제 3 군집 신호를 이용하여 미리 설정된 설정차 이상 유효 전력을 산출하는 제 3 평균전력산출 모듈; 및 특정 차수 이상 총 전력 산출 모듈이 상기 설정차 이상 피상 전력 및 설정차 이상 유효 전력을 이용하여 설정차 이상 총 전력 및 역률을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, 고조파 전력 정확도 보증 방법을 실행하는 프로그램 코드를 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 단위시간당 전압 전류 값을 추출해내는, 샘플링율(Sampling Rate)이 동일하다고 가정하였을 때 종래의 방법보다 최소 약 2배(혹은 그 이상) 높은 고조파 차수까지 정확한 고조파 전력(특히 고조파 무효)을 산출할 수 있다. 이를 통하여 역률의 정확성 및 피상전력에 대한 정확성이 높아진다.
부연하면, 기본파 및 고조파 영역에서 무효전력이 정확하고 낮은 연산수로도 산출되므로 저성능의 하드웨어로도 유/무효전력을 바탕으로 산출되는 피상전력을 정확하게 산출할 수 있다. 피상전력과 유효전력을 정확하게 산출하여야만 정확히 산출할 수 있는 역률에 대한 정확도도 높아진다.
고조파에 대해서도 더욱 정밀하게 계산하기 때문에 종래보다 더 고차 고조파에 까지 계량/계측 신뢰도가 높아지므로(약 2배) 면밀한 계통관리가 가능하다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 전기 품질(전력량)을 측정하는 장치에 모두 적용될 수 있으며, 특히 전력량계 적용시에는 고조파 전력의 송/수전량을 경제적으로 판단할 수 있게 될 가능성이 높다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 고조파를 발생시키는 주체가 명확해지므로 고조파 발생 원인자에게 좀 더 고가의 요금을 적용하는 합리적인 요금제를 만들 수 있다는 점을 들 수 있다. 즉, 고조파 요금제 도입으로, 전체고객이(특히 발전사업자) 고조파 관리노력을 기울이게 하여 계통의 안정도가 향상된다.
부연하면, 고조파 전력을 많이 발생시키는 고객이 요금에 관련한 불이익을 받게 된다면 해당 고조파 발생 고객은 고조파 전력을 제한하는 노력을 기울일 것이고 이는 전체 계통의 안정도를 향상시키게 될 것이다. 연계하여 안정적 계통운영뿐만이 아니라 부하의 수명도 증가되는 선순환 효과를 기대할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 고차 고조파에 대한 무효 전력량을 경제적으로 산출하기 위해 단위 시간당 샘플링수를 무조건적으로 증가시키지 않고도 그 양을 획득할 수 있다는 점을 들 수 있다. 좀 더 쉽게 말하자면 동일한 물리적 성능으로도 종래보다 높은 고조파 차수까지 그 유/무효 전력 산출량을 보증할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고조파 전력 정확도 보증 장치의 구성 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 고조파 선택 필터(120)의 세부 구성 블럭도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제 1 샘플 추출 모듈(140-1)의 세부 구성 블럭도이다.
도 4는 도 1에 도시된 총전력 산출 모듈(160-1)의 세부 구성 블럭도이다.
도 5는 도 1에 도시된 특정 차수 이상 총전력 산출 모듈(160-3)의 세부 구성 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 일시시예에 따른 고조파 전력의 정확도를 보증하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 7 내지 도 9는 도 6에 도시된 보증 과정에 대해 실제 4kHz로 샘플링하여, 필터링하는 일예시이다.
도 2는 도 1에 도시된 고조파 선택 필터(120)의 세부 구성 블럭도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제 1 샘플 추출 모듈(140-1)의 세부 구성 블럭도이다.
도 4는 도 1에 도시된 총전력 산출 모듈(160-1)의 세부 구성 블럭도이다.
도 5는 도 1에 도시된 특정 차수 이상 총전력 산출 모듈(160-3)의 세부 구성 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 일시시예에 따른 고조파 전력의 정확도를 보증하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 7 내지 도 9는 도 6에 도시된 보증 과정에 대해 실제 4kHz로 샘플링하여, 필터링하는 일예시이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 고조파 전력 정확도 보증 장치, 이의 방법, 그리고 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에서는 고차 고조파가 될수록 무효전력을 구하기 위한
전압샘플링 시점과 전류 샘플링 시점의 시간차가 짧아져야 한다는
기본제약을 최대한 회피하는 것이다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는 샘플링 시점을 동일하게 해도 되는 한 개이상의 고조파 차수들은 동시에 무효전력을 구하여 연산의 수를 줄이는 것이다.
또한, 이미 무효전력을 구한 고조파 차수들은 원신호에서 순차적으로 계속 배제(삭제)하는 방법을 택하여 무효전력을 구하는데 있어 연산의 수를 줄이는 것을 목표로 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고조파 전력 정확도 보증 장치(100)의 구성 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 원신호를 수신하는 입력 모듈(110), 원신호에서 기본파를 제거하여 다수 고조파를 추출하는 기본파 제거 필터(120), 상기 다수 고조파 중 미리 설정된 기준 이상의 고조파들을 삭제 또는 추출하여 상기 기준 이하의 특정차수 고조파들로 이루어진 제 1 군집 고조파를 생성하는 고조파 선택 필터(120), 상기 원신호에서 기본파를 식별하는 기본파 식별 모듈(170), 상기 원신호에서 상기 기본파 및 상기 제 1 군집 고조파를 제외하는 제 2 군집 고조파를 생성하는 통과 신호 생성 모듈(180), 상기 1군집 고조파로부터 샘플링을 통해 제 1 다수의 전압 및 전류 샘플로 이루어지는 제 1 군집 신호를 생성하는 제 1 샘플 추출 모듈(140-1), 상기 제 2 군집 고조파로부터 샘플링을 통해 제 2 다수의 전압 샘플 및 제 2 다수의 전류 샘플로 이루어지는 제 2 군집 신호를 생성하는 제 2 샘플 추출 모듈(140-2), 상기 제 1 군집 신호를 바탕으로 제 1 유효 및 무효 평균전력을 산출하는 제 1 평균전력산출 모듈(150-1), 상기 제 2 군집 신호를 바탕으로 제 2 유효 및 무효 평균전력을 산출하는 제 2 평균전력산출 모듈(150-2), 상기 제 1 유효 및 무효 평균전력 및 제 2 유효 및 무효 평균전력을 이용하여 총 전력 및 역률을 산출할 수 있는 총 전력 산출 모듈(160-1) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 제 1 평균전력산출 모듈(150-1)은 제 1 다수의 전압 샘플, 제 1 다수의 전류 샘플, 제 2 다수의 전압 샘플, 제 2 다수의 전류 샘플들을 이용하여 평균값들을 산출하는 기능을 수행한다. 즉, 전압 샘플(값)과 기본파 기준 
시간 지연된 전류 샘플(값)의 곱을 평균한 값이다.
부연하면, 상기 무효 전력은 상기 제 1 다수의 전압 샘플과 상기 기본파 기준 
시간 지연되는 제 1 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값과 상기 제 2 다수의 전압 샘플과 상기 기본파 기준 
시간 지연되는 제 2 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값의 합이 된다.
즉, 총전력 산출 모듈(160-1)은 제 1 평균전력산출 모듈(150-1)에 산출되는 각각의 무효 전력의 평균값을 합하여 최종 무효 전력을 산출한다.
또한, 상기 유효 전력은 상기 제 1 다수의 전압 샘플과 동일 시점의 제 1 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값과 상기 제 2 다수의 전압 샘플과 동일 시점의 제 2 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값의 합이 된다.
즉, 총전력 산출 모듈(160-1)은 제 1 평균전력산출 모듈(150-1)에 산출되는 각각의 유효 전력의 평균값을 합하여 최종 유효 전력을 산출한다.
물론, 도 1에서는 이해의 편의를 위해 제 1 및 제 2 평균전력산출 모듈(150-1,150-2)과 총전력 산출 모듈(160-1)을 분리하여 도시하고 있으나, 하나의 모듈로 구성하는 것도 가능하다. 즉 총전력 산출 모듈(160-1)에 제 1 평균전력산출 모듈(150-1) 및/또는 제 2 평균전력산출 모듈(150-2)이 통합되어 구성될 수 있다.
물론, 이와 함께, 고조파 전력 정확도 보증 장치(100)는 상기 기준 이상의 고조파들로 이루어진 제 3 군집 고조파로부터 샘플링을 통해 제 3 다수의 전압 샘플 및 제 3 다수의 전류 샘플로 이루어지는 제 3 군집 신호를 생성하는 제 3 샘플 추출 모듈(140-3), 상기 제 3 군집 신호를 이용하여 미리 설정된 설정차 이상 피상 전력 및 상기 제 3 군집 신호를 이용하여 미리 설정된 설정차 이상 유효 전력을 산출하는 제 3 평균 산출 모듈(150-3), 상기 설정차 이상 피상 전력 및 설정차 이상 유효 전력을 이용하여 설정차 이상 총 전력 및 역률을 산출하는 특정 차수 이상 총 전력 산출 모듈(160-3) 등을 더 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 설정 이상 피상 전력은 제 3 다수의 전압 샘플의 RMS(Root Means Square)값 및 제 3 다수의 전압 샘플의 RMS값의 곱인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 설정 이상 유효 전력은 제 3 다수의 전압 샘플과 동일 시점의 제 3 다수의 전류 샘플의 곱을 평균한 값인 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 설정차 이상은 32차 이상이 될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 고조파 선택 필터(120)의 세부 구성 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 고조파 선택 필터(120)는 최대 고조파 관측 범위 이상의 고조파를 삭제하는 고조파 삭제 필터(210), 최대 고조파 관측 범위 이상의 고조파를 추출하는 고조파 추출 필터(220) 등을 포함하여 구성된다. 따라서, 고조파 삭제 필터(210)는 최대 고조파 관측 범위 이하의 고조파를 통과시킨다.
도 3은 도 1에 도시된 제 1 샘플 추출 모듈(140-1)의 세부 구성 블럭도이다. 도 3을 참조하면, 제 1 샘플 추출 모듈(140-1)은 군집 고조파로부터 특정 전압들만을 통과시켜 군집 전압을 생성하기 위한 군집 전압 통과 필터 블럭(310-1), 샘플링을 통해 군집 전압으로부터 전압 샘플을 생성하는 전압 샘플링 모듈(320-1), 군집 고조파로부터 특정 전류들만을 통과시켜 군집 전류를 생성하기 위한 군집 전류 통과 필터 블럭(310-2), 샘플링을 통해 군집 전류으로부터 전류 샘플을 생성하는 전류 샘플링 모듈(320-1) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
샘플은 임의의 신호에 대해 임의의 시점에 그 부호와 크기를 취득하는 것을 의미한다.
군집 전압 통과 필터 블럭(310-1) 및 군집 전류 통과 필터 블럭(310-2)은 1Cycle에 2n으로 샘플되었을 때 1+4n, 2+8n, 4+16n, 8+32n ...2k-1+(2K+1×n), where K≥1인 정수의 고조파 차수를 걸러낼 수 있는 특성을 가지는 필터들과 3+4n, 6+8n, 12+16n, 24+32n ...3×2k-1+(2K+1×n), where K≥1인 정수의 고조파 차수를 걸러낼 수 있는 특성을 가지는 필터들로 구성될 수 있다.
물론 필터는 Cycle당 샘플수의 변경에 따라 그 설계가 적정히 조정될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 동일한 샘플링 Rate로도 약 2배 높은 고조파 차수까지 전력을 산출하는 것이 가능하다. 이해를 돕기 위해 60hz 주파수 환경에서 1Cycle당 64 샘플수를 취득한다는 의미는 아래와 같이 약 0.000262416.. sec 마다 샘플링을 시행한다는 것이다.
1/60Hz ×1/64sample = 0.000262416...sec이므로, 1 사이클에 64sample을 취득하기 위해서는 약 0.000262416sec마다 샘플링(신호 취득)을 해야 한다는 의미이다.
한편, 4kHz Sampling Rate 성능을 가지는 연산기는 1/4khz = 0.00025 sec 이므로 가장 빠르게 샘플링을 시행한다면 0.00025 sec마다 데이터를 취득할 수 있는 것이다. 이는 약 0.000262416 sec보다 더 샘플링 간격이 빠르다는 이야기이므로 1cycle 에 64 sample 또는 그 이상을 무리 없이 획득할 수 있다.
다만, 4kHz 분해능으로 17고조파의 무효전력을 구할 수 없는 이유는 17 고조파의 90도 상차의 시각이 1/60Hz × 90/360 × 1/17order = 0.000245...sec이고, 이 값은 4kHz 분해능의 최고 정밀한 간격인 0.00025 sec 보다 더 작은(빠른, 정밀한)값이므로 4kHz 분해능으로는 17차수에서 고조파로 인한 무효전력을 구할 수 없다.
이 때문에 연쇄적으로 역률, 피상전력 등이 정확하게 나올 수 없다. 그러나 본 발명의 일실시예에서는 꼭 90도에서 샘플링하는 것이 아닌 (180n+90)도, (360n+90)도 등에서 샘플링한다는 것이다. 그 이유는 모든 신호는 SIN 함수와 COS 함수의 합으로 구현되는데 결국 주기함수로써 360도 차이나는 지점에서는 동일한 값이 반복하여 출현하기 때문이다. 물론, 180도 차이나는 신호는 인버팅(부호전환)을 수행할 수 있다.
17 고조파에 대해서 다시 구체적으로 설명해보면, 17 고조파 관점에서 정현파(sin,cos)의 1,530도(360X4+90도)에서의 값은 17고조파의 관점에서 90도의 값과 그 크기와 부호가 같으므로 굳이 17 고조파의 관점인 90도에서 샘플링을 하지 않고 17 고조파의 1,530도에서 샘플링을 하겠다는 것이다. 즉 전압, 전류간 굳이 90도의 위상차에 해당하는 시각차를 두고 전압전류 값을 취득하는 것이 아닌 1,530도(360n+90)의 위상차에 해당하는 시각차를 두고 전압 전류값을 취득하여 무효전력을 구한다는 개념이다.
17고조파의 1,530도에 해당하는 시각차는 1/60Hz × (90×17)/360 × 1/17order = 0.0041666...sec이고, 이 값은 4kHz Sampling Rate 성능을 가지는 연산기의 가장 빠른 샘플링 속도인 매 0.00025 sec 보다 더 크므로(느리므로) 무효전력 산출이 무리 없이 가능하다는 것이다.
즉 일반적인 기술로서는 4kHz 샘플링 Rate를 가지면서 17 고조파로 인한 무효전력을 구할 수 없었으나. 이 원리를 응용하여 17 고조파 무효전력을 구함은 물론이며, 동일한 샘플링 Rate로도 약 2배 높은 고조파 차수까지 전력을 산출하는 것이 가능하다.
또한, 몇 가지 상이한 고조파 차수를 동시에 필터링하여 무효전력을 구함으로써 연산량을 줄이는 것이 가능하다. 즉, 본 발명의 일실시예에서는 첫 번째 설명에 연속하여 고조파 차수가 다른 몇가지 신호에 대하여 동시에 필터링하여 연산을 줄이고 무효전력을 구한다.
부연하면, 종래에는 관측하고자 하는 고조파 차수들의 전체 무효전력을 구하기 위하여 각 고조파에 대해 각 차수(Harmonic Order)마다 무효전력을 구하여야 했다. 그에 따라 동일한 알고리즘을 가지고 관측하고자 하는 고조파 차수들의 횟수만큼 알고리즘을 반복하여 연산횟수가 증가하는 문제가 있었다.
본 발명의 일실시예에서는 동일한 시점(타이밍)에 샘플링을 하여도 되는 고조파들은 동시에 무효전력을 구하여 연산량을 줄인다. 이를 보여주는 도면이 도 7 내지 9에 도시된다. 가령 A차수(예를 들면 기본파)를 가지는 전압 전류와, B차수(예를 들면 5고조파)를 가지는 전압 전류, C차수(예를 들면 9고조파)가 합해진 신호가 있다고 하면 무효전력을 구하기 위하여 A차수와 B차수 C차수 관점 각각에서 90도의 위상차이가 있는 지점에서의 전류, 전압값을 각 각 구하여야 한다.
한편, 전압 기본파는 sin(t), 전류 기본파는 sin(t+φ)라고 할 때, 전압 5고조파는 sin(5t), 9고조파를 sin(9t)로 표현할 수 있다. 여기에서 기본파에 관점에서 90도일 때 A, B, C 차수 값은 각각 아래와 같다.
-> A차수=기본파 : sin(-90)=-1이고
-> B차수=5고조파 : sin(-5*90)=sin(-450)=sin(-360-90)=sin(-90)=-1
-> C차수=9고조파 sin(-9*90)=sin(-810)=sin(-720-90)=sin(-90)=-1
해당이 의미하는 바는 즉 기본파의 전류보다 90도 더 빠른 전압값을 샘플링할 때 5고조파, 9고조파 역시도 -1값으로 5고조파와 9고조파 전류 관점에서 90도 더 빠른 값을 정상적으로 샘플링한다는 것이다.
종래에는 5고조파 전압을 샘플링할 때 기본파 관점에서는 5고조파 전류보다 18도 더 빠른 전압 값을 샘플링해야(-18*5=-90) 5고조파 관점에서는 90도 위상이 더 빠른 값이 취득해지는 것이므로 5고조파 무효전력을 구할 때 기본파 관점에서 18도 더 빠른 값을 취득했던 것이다.
본 발명의 일실예에서는 5고조파 무효전력을 구할 때에도 기본파 관점에서 90도 더 빠른 값(5고조파 관점에서 5*90=450도)을 취득하여 무효전력을 구하고자 하는 것이다.(450도나 90도나 값이 같음)
종래에는 9고조파 전압을 샘플링할 때도 기본파 관점에서는 9고조파 전류보다 10도 더 빠른 전압 값을 샘플링해야(-10*5=-90) 9고조파 관점에서는 90도 위상이 더 빠른 값이 취득해지는 것이므로 기분파 관점에서 10도 더 빠른 값을 취득하여 무효전력을 산출하였으나, 본 발명의 일실시예에서는 기본파 관점에서의 90도 더 빠른값(9고조파 관점에서 9*90=720+90=810도)을 취득하여 무효전력을 구하여도 전혀 무리가 없으므로 해당의 방법으로 알고리즘을 구현한 것이다.
부연하면, 고차 고조파의 무효전력을 구하기 위하여 전압, 전류값 취득 시점간 시간차를 해당 고조파 관점에서 반드시 90도 위상차에 해당하는 만큼의 시간차를 두고 취득하여 곱하여 평균하는 것으로 계산함이 아니고, 180n+90도 또는 360n+90도 위상차에 해당하는 만큼의 시간차를 두고 전압, 전류 값을 각각 취득하여고차 고조파의 무효전력을 위하여 샘플링 빈도를 무조건적으로 높이는 것을 회피하는 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 총전력 산출 모듈(160-1)의 세부 구성 블럭도이다. 도 4를 참조하면, 총전력 산출 모듈(160-1)은 무효 전력 산출 모듈(410)과 유효 전력 산출 모듈(420)로 구성된다. 한편, 180도 차이나는 신호를 만들기 위해 인버팅(부호전환)을 수행하는 인버터(401)가 구성된다. 이산환경에서, 유/무효 전력계측의 보편적인 기술에서 순시적으로 변하는 교류 전압 전류값을 각각 샘플링을 하고 유효전력을 산출을 위해 전압과 전류를 동일시점에 샘플하여 곱한 후 일정기간 동안의 평균을 구한다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
한편, 무효전력 산출을 위해 A시점에 샘플된 전류값과 샘플시점보다 시간적으로 A시점보다 이전의 전압 샘플값(시간은 90도 위상차에 해당하는 시간)을 곱하여 무효전력으로 산출한다.
결국, 90도 위상차에 해당하는 시간차의 전압, 전류 샘플 값을 곱하여 평균한 값이 무효전력이 된다는 것에 대한 것은 수식상으로 증명도 되고 기존의 많은 문헌에서 제시된 보편적 기술이므로 이해를 돕기 위해서 위에서 처럼 수식만 간단히 기재한다.
도 5는 도 1에 도시된 특정 차수 이상 총전력 산출 모듈(160-3)의 세부 구성 블럭도이다. 도 5를 참조하면, 특정 차수 이상 총전력 산출 모듈(160-3)은 n차 이상 피상 전력을 산출하는 n차 이상 피상 전력 산출 모듈(510) 및 n차 이상 유효 전력을 산출하는 n차 이상 유효 전력 산출 모듈(520)을 포함한다.
도 6은 본 발명의 일시시예에 따른 고조파 전력의 정확도를 보증하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 입력모듈(도 1의 110)이 원신호를 출력한다(단계 S601). 이후, 기본파 제거 필터(120)가 입력모듈(100)로부터 수신되는 원신호에서 기본파를 제거하여 다수 고조파를 추출한다(단계 S602). 물론, 기본파 제거 필터(120)에 의해 기본파가 제거됨과 함께, 기본파 식별 모듈(170)이 상기 원신호에서 기본파를 식별한다(단계 S603).
이후, 고조파 선택 필터(130)가 상기 다수 고조파 중 미리 설정된 기준 이상의 고조파들을 삭제 및/또는 추출하여 상기 기준 이하의 특정 고조파들로 이루어진 제 1 군집 고조파를 생성한다(단계 611).
통과 신호 생성 모듈(180)이 상기 원신호에서 식별된 상기 기본파 및 상기 제 1 군집 고조파를 제외하는 제 2 군집 고조파를 생성한다(단계 S630).
이후, 제 1 샘플 추출 모듈(140-1)이 샘플링을 통해 제 1 다수의 전압 샘플 및 제 1 다수의 전류 샘플로 이루어지는 제 1 군집 신호를 생성하고 상기 제 2 군집 고조파로부터 샘플링을 통해 제 2 다수의 전압 샘플 및 제 2 다수의 전류 샘플로 이루어지는 제 2 군집 신호를 생성한다(단계 S621-1,S621-2,S622-1,S622-2, S640-1). 이후 순차적으로 전압대비 
에 해당하는 시간 지연된 전류 샘플값과 동일 시점의 전류 샘플값을 각 각 산출한다(단계 S640-1, S640-2).
이후, 총전력 산출 모듈(160-1)이 상기 제 1 군집 신호, 제 2 군집 신호를 이용하여 무효 전력 및 유효 전력을 산출한다(단계 S651,S652,S661,S662).
여기서, 무효 전력은 상기 제 1 다수의 전압 샘플과 상기 기본파 기준 
시간 지연되는 제 1 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값과 상기 제 2 다수의 전압 샘플과 상기 기본파 기준 미리설정되는 
만큼 일정 각도에 해당하는 시간 지연되는 제 2 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값의 합이 된다. 물론, 평균한 값은 -1로 인버팅되는 과정이 수행될 수 있다(단계 S606).
여기서, 유효 전력은 상기 제 1 다수의 전압 샘플과 동일 시점의 제 1 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값과 상기 제 2 다수의 전압 샘플과 동일 시점의 제 2 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값의 합이 된다.
한편, 제 3 샘플 추출 모듈(140-3)은 단계 S611에 및 S612 의해 기준 이상의 고조파들로 이루어진 제 3 군집 고조파로부터 샘플링을 통해 제 3 다수의 전압 샘플 및 제 3 다수의 전류 샘플을 생성한다(단계 S670-1,S670-2).
이후, 제 3 평균전력산출 모듈(150-3), 특정 차수 이상 총전력 산출 모듈(160-3)을 통해 상기 제 3 다수의 전압 샘플 및 제 3 다수의 전압 샘플을 이용하여 32차 이상 피상 전력을 산출하고, 상기 제 3 다수의 전류 샘플 및 제 3 다수의 전류 샘플을 이용하여 32차 이상 유효 전력을 산출한다(단계 S680-1,680-2,S691,S692).
피상 전력은 제 3 다수의 전압 샘플의 RMS(Root Means Square)값 및 제 3 다수의 전압 샘플의 RMS값의 곱으로 구해진다. 또한, 유효 전력은 제 3 다수의 전압 샘플과 동일 시점의 제 3 다수의 전류 샘플의 곱을 평균한 값이 된다.
도 7 내지 도 9는 도 6에 도시된 보증 과정에 대해 실제 4kHz로 샘플링하여, 필터링하는 일예시이다. 도 7 내지 도 9를 참조하면, 1 Cycle 에 64 Sample하여 (1, 5, 9, 13, 17 ...) 필터 및 (2, 10,18, 26, 34) 필터 등으로 각각 별도 구분하여 구성한 예시이다.
따라서 본 발명의 일실시예에서는 고차 고조파에서 반드시 전압 전류간 90도
위상차를 활용하지 않고 정현파의 주기성을 활용하여 90+180=270도나 90+360=450도 위상차를 활용하여 제약사항을 회피할 수 있다. 이를 통하여 똑같은 분해능[Sampling Rate (kHz)]을 가지는 연산기를 가지고 본 발명의 일실시예를 적용하면 전력량을 보증하는 최대 고조파 차수가 종래보다 약 두 배(정확히는 2배 - 1 차수 = 두배 마이너스 1차수)까지 증가된다.
따라서, 하드웨어 성능개선 없이 고조파로 인한 유/무효 전력량 발생 또는 소비량 확인기능도 구현된다면 계통관리도 면밀하게 될 수 있을 것이며 또한 고차 고조파에 대한 전력량 보증으로 역률, 계측 신뢰도도 높아질 것이다.
한편, 명세서에 기재된 "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
본 발명에 따른 고조파 전력 정확도 보증 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(Floptical disk)와 같은 자기-광매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
100: 고조파 전력 정확도 보증 장치
110: 입력 모듈
120: 기본파 제거 필터
130: 고조파 선택 필터
140-1: 제 1 샘플 추출 모듈 140-2: 제 2 샘플 추출 모듈
140-3: 제 3 샘플 추출 모듈
150-1: 제 1 평균전력산출 모듈 150-2: 제 2 평균전력산출 모듈
150-3: 제 3 평균전력산출 모듈
160-1: 총전력 산출 모듈
160-3: 특정 차수 이상 총전력 산출 모듈
170: 기본파 식별 모듈
180: 통과 신호 생성 모듈
110: 입력 모듈
120: 기본파 제거 필터
130: 고조파 선택 필터
140-1: 제 1 샘플 추출 모듈 140-2: 제 2 샘플 추출 모듈
140-3: 제 3 샘플 추출 모듈
150-1: 제 1 평균전력산출 모듈 150-2: 제 2 평균전력산출 모듈
150-3: 제 3 평균전력산출 모듈
160-1: 총전력 산출 모듈
160-3: 특정 차수 이상 총전력 산출 모듈
170: 기본파 식별 모듈
180: 통과 신호 생성 모듈
Claims (20)
- 입력모듈로부터 수신되는 원신호에서 기본파를 제거하여 다수 고조파를 추출하는 기본파 제거 필터;
상기 다수 고조파 중 미리 설정된 기준 이상의 고조파들을 삭제 또는 추출하여 상기 기준 미만의 특정차수 고조파들로 이루어진 제 1 군집 고조파를 생성하는 고조파 선택 필터;
상기 원신호에서 기본파를 식별하는 기본파 식별 모듈;
상기 원신호에서 상기 기본파 및 상기 제 1 군집 고조파를 제외하는 특정차수 고조파들로만 이루어진 제 2 군집 고조파를 생성하는 통과 신호 생성 모듈;
상기 제 1 군집 고조파로부터 샘플링을 통해 제 1 다수의 전압 및 전류 샘플로 이루어지는 제 1 군집 신호를 생성하는 제 1 샘플 추출 모듈;
상기 제 2 군집 고조파로부터 샘플링을 통해 제 2 다수의 전압 샘플 및 제 2 다수의 전류 샘플로 이루어지는 제 2 군집 신호를 생성하는 제 2 샘플 추출 모듈;
상기 제 1 군집 신호를 바탕으로 제 1 유효 및 무효 평균전력을 산출하는 제 1 평균전력산출 모듈;
상기 제 2 군집 신호를 바탕으로 제 2 유효 및 무효 평균전력을 산출하는 제 2 평균전력산출 모듈; 및
상기 제 1 유효 및 무효 평균전력 및 제 2 유효 및 무효 평균전력을 이용하여 총 전력 및 역률을 산출할 수 있는 총 전력 산출 모듈;을 포함하며,
상기 다수 고조파 중 미리 설정된 기준 이상의 고조파들로 이루어진 제 3 군집 고조파로부터 샘플링을 통해 제 3 다수의 전압 샘플 및 제 3 다수의 전류 샘플로 이루어지는 제 3 군집 신호를 생성하는 제 3 샘플 추출 모듈; 상기 제 3 군집 신호를 이용하여 미리 설정된 설정차 이상 피상 전력 및 상기 제 3 군집 신호를 이용하여 미리 설정된 설정차 이상 유효 전력을 산출하는 제 3 평균 산출 모듈; 및 상기 설정차 이상 피상 전력 및 설정차 이상 유효 전력을 이용하여 설정차 이상 총 전력 및 역률을 산출하는 특정 차수 이상 총 전력 산출 모듈;을 포함하고,
상기 설정차 이상 유효 전력은 제 3 다수의 전압 샘플과 동일 시점의 제 3 다수의 전류 샘플의 곱을 평균한 값이고,
상기 제 1 무효 평균 전력 및 제 2 무효 평균 전력은 상기 다수 고조파 중 상이한 고조파 차수를 동시에 필터링하여 산출되며,
상기 제 1 무효 평균 전력 및 제 2 무효 평균 전력을 구한 고조파 차수들은 상기 원신호에서 순차적으로 계속 배제되는 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 설정차 이상 피상 전력은 제 3 다수의 전압 샘플의 RMS(Root Means Square)값 및 제 3 다수의 전압 샘플의 RMS값의 곱인 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 설정차 이상 유효 전력은 제 3 다수의 전압 샘플과 동일 시점의 제 3 다수의 전류 샘플의 곱을 평균한 값인 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 설정차 이상은 32차 이상인 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 총전력은 상기 제 1 다수의 전압 샘플과 상기 기본파 기준에 해당하는 시간 지연되는 제 1 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값과 상기 제 2 다수의 전압 샘플과 상기 기본파 기준 미리설정되는
에 해당하는 일정 각도 시간 지연되는 제 2 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값의 합인 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 장치.
- 제 6 항에 있어서,
상기 일정 각도는 순차적으로에 해당하여 360도 180도, 90도, 45도, 22.5도, 11.25도, 5.625도인 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 장치.
- 제 6 항에 있어서,
상기 평균한 값은 -1로 인버팅되는 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 유효 평균 전력의 합인 유효 전력은 상기 제 1 다수의 전압 샘플과 동일 시점의 제 1 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값과 상기 제 2 다수의 전압 샘플과 동일 시점의 제 2 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값의 합인 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 샘플링은 1 사이클에 64 샘플을 취득하기 위해서는 0.000262416sec 마다 시행되는 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 군집 고조파는 1초(second)에 2n 횟수로 샘플되었을 때 1+4n, 2+8n, 4+16n, 8+32n ...2k-1+(2K+1×n), where K≥1인 정수의 고조파 차수를 걸러낼 수 있는 특성을 가지는 필터들과 3+4n, 6+8n, 12+16n, 24+32n ...3×2k-1+(2K+1×n), where K≥1인 정수의 고조파 차수를 걸러낼 수 있는 특성을 가지는 필터들에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 장치.
- (a) 기본파 제거 필터가 입력모듈로부터 수신되는 원신호에서 기본파를 제거하여 다수 고조파를 추출하는 단계;
(b) 고조파 선택 필터가 상기 다수 고조파 중 미리 설정된 기준 이상의 고조파들을 삭제 또는 추출하여 상기 기준 미만의 특정 차수 고조파들로 이루어진 제 1 군집 고조파를 생성하는 단계;
(c) 기본파 식별 모듈이 상기 원신호에서 기본파를 식별하는 단계;
(d) 통과 신호 생성 모듈이 상기 원신호에서 상기 기본파 및 상기 제 1 군집 고조파를 제외하고 특정차수 고조파들로만 이루어진 제 2 군집 고조파를 생성하는 단계;
(e) 제 1 샘플 추출 모듈이 상기 제 1 군집 고조파로부터 샘플링을 통해 제 1 다수의 전압 및 전류 샘플로 이루어지는 제 1 군집 신호를 생성하는 단계;
(f) 제 2 샘플 추출 모듈이 상기 제 2 군집 고조파로부터 샘플링을 통해 제 2 다수의 전압 샘플 및 제 2 다수의 전류 샘플로 이루어지는 제 2 군집 신호를 생성하는 단계;
(g) 제 1 평균전력산출 모듈이 상기 제 1 군집 신호를 바탕으로 제 1 유효 및 무효 평균전력을 산출하는 단계;
(h) 제 2 평균전력산출 모듈이 상기 제 2 군집 신호를 바탕으로 제 2 유효 및 무효 평균전력을 산출하는 단계; 및
(i) 총 전력 산출 모듈이 상기 제 1 유효 및 무효 평균전력 및 제 2 유효 및 무효 평균전력을 이용하여 총 전력 및 역률을 산출하는 단계;를 포함하며,
상기 (b) 단계이후,
제 3 샘플 추출 모듈이 상기 다수 고조파 중 미리 설정된 기준 이상의 고조파들로 이루어진 제 3 군집 고조파로부 터 샘플링을 통해 제 3 다수의 전압 샘플 및 제 3 다수의 전류 샘플로 이 루어지는 제 3 군집 신호를 생성하는 단계;
제 3 평균 산출 모듈이 상기 제 3 군집 신호를 이용하여 미 리 설정된 설정차 이상 피상 전력 및 상기 제 3 군집 신호를 이용하 여 미리 설정된 설정차 이상 유효 전력을 산출하는 제 3 평균 산출 모듈; 및
특정 차수 이상 총 전력 산출 모듈이 상기 설정차 이상 피상 전력 및 설정차 이상 유효 전력을 이용하여 설정차 이상 총 전력 및 역률을 산출하는 단계;를 포함하고,
상기 제 1 무효 평균 전력 및 제 2 무효 평균 전력은 상기 다수 고조파 중 상이한 고조파 차수를 동시에 필터링하여 산출되며,
상기 제 1 무효 평균 전력 및 제 2 무효 평균 전력을 구한 고조파 차수들은 상기 원신호에서 순차적으로 계속 배제되는 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 방법.
- 삭제
- 제 12 항에 있어서,
상기 설정차 이상 피상 전력은 제 3 다수의 전압 샘플의 RMS(Root Means Square)값 및 제 3 다수의 전압 샘플의 RMS값의 곱인 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 설정 이상 유효 전력은 제 3 다수의 전압 샘플과 동일 시점의 제 3 다수의 전류 샘플의 곱을 평균한 값인 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 총전력은 상기 제 1 다수의 전압 샘플과 상기 기본파 기준에 해당하는 시간 지연되는 제 1 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값과 상기 제 2 다수의 전압 샘플과 상기 기본파 기준 미리설정되는
에 해당하는 일정 각도 시간 지연되는 제 2 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값의 합인 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 일정 각도는 순차적으로에 해당하여 360도 180도, 90도, 45도, 22.5도, 11.25도, 5.625도인 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 유효 평균 전력의 합인 유효 전력은 상기 제 1 다수의 전압 샘플과 동일 시점의 제 1 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값과 상기 제 2 다수의 전압 샘플과 동일 시점의 제 2 다수의 전류 샘플의 각각의 곱을 평균한 값의 합인 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 군집 고조파는 1초(second)에 2n횟수로 샘플되었을 때 1+4n, 2+8n, 4+16n, 8+32n ...2k-1+(2K+1×n), where K≥1인 정수의 고조파 차수를 걸러낼 수 있는 특성을 가지는 필터들과 3+4n, 6+8n, 12+16n, 24+32n ...3×2k-1+(2K+1×n), where K≥1인 정수의 고조파 차수를 걸러낼 수 있는 특성을 가지는 필터들에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 고조파 전력 정확도 보증 방법. - 제 12 항, 제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항의 고조파 전력 정확도 보증 방법을 실행하는 프로그램 코드를 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170121781A KR102041677B1 (ko) | 2017-09-21 | 2017-09-21 | 고조파 전력 정확도 보증 장치, 이의 방법, 그리고 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170121781A KR102041677B1 (ko) | 2017-09-21 | 2017-09-21 | 고조파 전력 정확도 보증 장치, 이의 방법, 그리고 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190033250A KR20190033250A (ko) | 2019-03-29 |
| KR102041677B1 true KR102041677B1 (ko) | 2019-11-27 |
Family
ID=65899043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170121781A KR102041677B1 (ko) | 2017-09-21 | 2017-09-21 | 고조파 전력 정확도 보증 장치, 이의 방법, 그리고 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102041677B1 (ko) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111985563B (zh) * | 2020-08-20 | 2024-03-01 | 国网上海市电力公司 | 一种基于谐波发射水平的工业用户电力设备分类方法 |
| CN111884224A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-11-03 | 江苏智臻能源科技有限公司 | 一种电动自行车户内充电的非介入式检测方法 |
| CN117762500B (zh) * | 2024-02-22 | 2024-04-26 | 国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司 | 一种线路参数的高精度数据优化方法及其运行系统 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101678965B1 (ko) * | 2016-08-12 | 2016-11-25 | (주)드림파워텍 | 고조파 왜곡 환경에서의 역률 측정 시스템 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02131330A (ja) * | 1988-11-09 | 1990-05-21 | Toshiba Corp | 高調波補償装置の制御方式 |
| JPH07198764A (ja) | 1993-12-28 | 1995-08-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高調波測定装置 |
| KR101207495B1 (ko) | 2008-11-03 | 2012-12-03 | 현대중공업 주식회사 | 전기품질 분석을 위한 시간영역에서 왜곡파형의 고조파 요소 측정방법 |
| KR20140013465A (ko) | 2012-07-24 | 2014-02-05 | 삼성전기주식회사 | 전력량계의 고조파 왜율 측정 시스템 및 방법 |
-
2017
- 2017-09-21 KR KR1020170121781A patent/KR102041677B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101678965B1 (ko) * | 2016-08-12 | 2016-11-25 | (주)드림파워텍 | 고조파 왜곡 환경에서의 역률 측정 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190033250A (ko) | 2019-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9551732B2 (en) | Apparatus and method for alternating current physical signals measurement and data acquisition | |
| Reza et al. | Accurate estimation of single-phase grid voltage parameters under distorted conditions | |
| KR102041677B1 (ko) | 고조파 전력 정확도 보증 장치, 이의 방법, 그리고 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 | |
| CN102955060B (zh) | 一种去除电力系统故障信号中衰减直流分量的方法 | |
| CN103869162B (zh) | 一种基于时域准同步的动态信号相量测量方法 | |
| US20080218153A1 (en) | Power waveform harmonic analysis using summed samples | |
| US8868364B2 (en) | Apparatus and method for real time harmonic spectral analyzer | |
| CN103941088A (zh) | 一种基于三相信号的电力系统频率快速测量方法 | |
| JP5000441B2 (ja) | 電力測定方法および電力測定装置 | |
| Ghafari et al. | Phasors estimation at offnominal frequencies through an enhanced-SVA method with a fixed sampling clock | |
| CN101937017A (zh) | 智能电表的交流采样动态去直流方法 | |
| Salcic et al. | An improved Taylor method for frequency measurement in power systems | |
| US20160327595A1 (en) | Systems and methods for determining input current of a power distribution unit | |
| De Araujo et al. | Integrated circuit for real-time poly-phase power quality monitoring | |
| KR101444582B1 (ko) | 주파수 검출 장치 및 방법 | |
| de Araújo et al. | Dedicated hardware implementation of a high precision power quality meter | |
| Junput et al. | Optimal technique for total harmonic distortion detection and estimation for smart meter | |
| Tarasiuk et al. | Simple method of fundamental reactive power measurement for ASIC application | |
| US11906557B2 (en) | Processing sinewave signals of variable frequency in a device with fixed processing rates | |
| Lee et al. | Power system frequency estimation based on an orthogonal decomposition method | |
| RU2569939C1 (ru) | Способ определения угла сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами (варианты) | |
| CN105242103A (zh) | 一种厂用电源快速切换装置的母线电压测量方法 | |
| CN108037352B (zh) | 一种提高电能测量准确度的方法和系统 | |
| Petrovic | A method of measuring the integral characteristics of a signal | |
| Zheng | The study and design of inter-harmonic detection device based on quasi-synchronous technique in power system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |