KR102224838B1 - 퍼지 추론을 적용하여 수배전반 시스템의 절연건전성을 평가하는 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

퍼지 추론을 적용하여 수배전반 시스템의 절연건전성을 평가하는 장치는, 계통의 일측 선로에 설치되어 선로에 흐르는 전류 값을 획득하는 전류 계측 모듈, 수배전반 각 구성의 아크 발생을 카운트한 아크 카운트 값을 획득하는 아크 감지 모듈, 수배전반 각 구성의 온도 값을 획득하는 온도 감지 모듈 및 수배전반 각 구성의 진동 값을 획득하는 진동 감지 모듈 및 제어 모듈을 포함할 수 있다.
제어 모듈은, 전류 값에 CT current 멤버십 함수를 적용하고, 아크 카운트 값에 Arc count 멤버십 함수를 적용하고, 온도 값에 Temperature 멤버십 함수를 적용하고, 진동 값에 Vibration 멤버십 함수를 적용함으로써 퍼지화를 수행할 수 있다. 제어 모듈은 퍼지화를 수행한 결과 값에 기설정된 퍼지 규칙을 적용하고, 퍼지 규칙을 적용한 결과 값을 하나의 퍼지 집합으로 통합하고, 통합된 퍼지 집합에 무게중심법을 적용하여 단일 값을 산출하며, 단일 값에 기초하여 절연건전성을 평가할 수 있다.

Description

퍼지 추론을 적용하여 수배전반 시스템의 절연건전성을 평가하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR EVALUATING INSULATION INTEGRITY OF SWITCHGEAR SYSTEM APPLYING FUZZY INFERENCE}
퍼지 추론을 적용하여 수배전반 시스템의 절연건전성을 평가하는 장치 및 방법을 제공한다.
전기 사고는 전선이나 전기 제품 간 절연불량, 열화, 접속불량 등 다양한 원인으로 인해 발생한다. 이러한 전기 사고는 아크나 스파크를 유발하여 화재로 이어질 수 있다.
전원을 수전하며 각 분기 회로로 배분하는 기능을 가지고 있는 수배전반에서 전기 설비 사고가 발생할 경우 정전이 발생하는 등 많은 피해가 예상된다. 아크플래시의 발생은 전압 전류의 크기와 파형 등 특성 변동이 수반되며, 이러한 전기 설비 사고를 사전에 예방하기 위하여 다양한 센서 및 계측 장치를 통해 설비의 이상 징후를 진단 및 감시하고 있다.
최근에는 수배전반 시스템의 절연건전성을 결정하기 위한 보다 효율적인 기술이 요구되는 실정이다.
국내 등록특허공보 제10-1987326호(2019.06.03)
퍼지 추론을 적용한 수배전반 시스템의 절연건전성을 평가하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 개시의 제1 측면은, 퍼지 추론을 적용하여 수배전반 시스템의 절연건전성을 평가하는 장치에 있어서, 계통의 일측 선로에 설치되어 선로에 흐르는 전류 값을 획득하는 전류 계측 모듈; 수배전반 각 구성의 아크 발생을 카운트한 아크 카운트 값을 획득하는 아크 감지 모듈; 상기 수배전반 각 구성의 온도 값을 획득하는 온도 감지 모듈; 상기 수배전반 각 구성의 진동 값을 획득하는 진동 감지 모듈; 및 제어 모듈;을 포함하고, 상기 제어 모듈은, 상기 전류 값에 CT current 멤버십 함수를 적용하고, 상기 아크 카운트 값에 Arc count 멤버십 함수를 적용하고, 상기 온도 값에 Temperature 멤버십 함수를 적용하고, 상기 진동 값에 Vibration 멤버십 함수를 적용함으로써 퍼지화(fuzzification)를 수행하고, 상기 퍼지화를 수행한 결과 값에 기설정된 퍼지 규칙을 적용하고, 상기 퍼지 규칙을 적용한 결과 값을 하나의 퍼지 집합으로 통합하고, 상기 통합된 퍼지 집합에 무게중심법을 적용하여 단일 값을 산출하며, 상기 단일 값에 기초하여 절연건전성을 평가하는 것인, 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 CT current 멤버십 함수, 상기 Arc count 멤버십 함수, 상기 Temperature 멤버십 함수 및 상기 Vibration 멤버십 함수는 삼각 함수 형태를 갖는 것인, 장치를 제공할 수 있다.
전술한 본 개시의 과제 해결 수단에 의하면, 퍼지 추론을 적용하여 수배전반 시스템의 절연건전성을 보다 정밀하게 판정하여 사고의 위험성을 줄일 수 있다.
또한, 본 개시의 과제 해결 수단에 의하면, 퍼지 추론을 적용하는데 있어서, 전류 계측 모듈, 아크 감지 모듈, 온도 감지 모듈 및 진동 감지 모듈 각각으로부터 획득한 센싱 값들을 활용할 수 있다. 즉, 사고의 원인이 될 수 있는 다양한 요소들을 고려함으로써 수배전반 시스템의 절연건전성을 보다 정밀하게 판정할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 수배전반 시스템의 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 제어 모듈이 복수의 모듈들과 통신을 수행하는 예시를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3a 내지 도 3d는 일 실시예에 따른 센싱 모듈 별 멤버십 함수를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 절연건전성 평가부의 출력 값에 대한 멤버십 함수를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 퍼지 규칙을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 퍼지 규칙을 If-Then 형식으로 표현한 도면이다.
도 7는 일 실시예에 따른 맘다니형 추론 방식을 이용하여 절연건전성을 평가하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 무게중심법을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 진동 감지 모듈, 온도 감지 모듈, 아크 감지 모듈 및 전류 계측 모듈을 이용한 수배전반 시스템의 절연건전성을 평가하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 개시를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 수배전반 시스템의 블록도이다.
이하에서 수배전반 시스템은 고압배전반, 저압배전반, 전동기제어반, 분전반 중 적어도 하나를 포함하는 시스템을 의미한다.
수배전반 시스템은 복수의 판넬을 포함한다. 각각의 판넬은 고압반용 판넬, 저압반용 판넬, 전동기제어반용 판넬을 포함할 수 있다. 또한, 판넬은 메일 판넬과 복수의 서브 판넬로 구분될 수 있다.
메인 판넬은 제어 모듈(200)과 게이트웨이를 포함할 수 있다. 또한, 메인 판넬은 전류 계측 모듈, 아크 감지 모듈, 온도 감지 모듈, 진동 감지 모듈을 포함할 수 있다.
복수의 서브 판넬 각각은 게이트웨이를 포함할 수 있다. 또한 복수의 서브 판넬 각각은, 아크 감지 모듈, 온도 감지 모듈, 진동 감지 모듈을 포함할 수 있다.
각 판넬에 설치된 게이트웨이는 해당 판넬에 설치된 복수의 모듈들로부터 센싱 데이터를 수집하고 수집된 데이터를 메인 판넬에 설치된 제어 모듈(200)로 전송할 수 있다.
메인 판넬에 설치된 제어 모듈(200)은, 각각의 판넬에 설치된 게이트웨이와 통신할 수 있다. 이때, 범용적으로 사용되는 RS485/Serial/Modbus RTU 프로토콜이 사용될 수 있다. 제어 모듈(200)은 이기종 시스템(예를 들어, SCADA)과 통신하면서 각각의 판넬로부터 수집한 정보를 이기종 시스템에 제공할 수 있다. 이때, TCP/IP 프로토콜에 따라 통신할 수 있다. 제어 모듈(200)은 게이트웨이로부터 수집한 데이터를 이기종 시스템 프로토콜에 맞게 변환할 수 있다.
도 1을 참조하면, 수배전반(1)은 복수의 판넬(1000-1, 1000-2, ..., 1000-n)을 포함할 수 있다. 이하, 복수의 판넬을 판넬(1000)로 통칭한다.
판넬(1000)에 센싱 모듈(1100), 게이트웨이(1200), 제 1 가속도 센서(1300), 제 2 가속도 센서(1400)가 설치될 수 있다.
센싱 모듈(1100)은 지진에 따른 수배전반의 내부 상태 변화를 센싱할 수 있다. 센싱 모듈(1100)은 기 설정된 통신 방식(예를 들어, RS485/Serial/Modbus RTU 방식)으로 센싱 데이터를 게이트웨이(1200)에 전송할 수 있다.
판넬(1000)에 설치된 게이트웨이(1200)는 기 설정된 통신 방식(예를 들어, RS485/Serial/Modbus RTU 방식)으로 센싱 데이터를 제어 모듈(200)로 전송할 수 있다.
센싱 모듈(1100)은 전류 계측 모듈, 아크 감지 모듈, 온도 감지 모듈 및 진동 감지 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 전류 계측 모듈은 계통의 일측 선로에 설치되어 선로에 흐르는 전류에 비례하는 출력신호를 제공하는 계기용 변류기(CT)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 아크 감지 모듈은 수배전반 내부에서 발생하는 아크 또는 부분 방전 이벤트를 검출할 수 있다. 아크 감지 모듈은 광섬유 센서(FOS)를 이용하여 전기 아크의 자외선 영역의 섬광을 감지하는 방식으로 아크의 발생을 감지할 수 있다. 예를 들어, 코로나 방전이 발생 시 약 180nm ~ 300nm의 자외선 파장이 발생하는데, 이 때 아크 센서 모듈은 자외선을 감지할 수 있다.
아크 감지 모듈은 아크 발생 횟수, 아크 발생 누적 횟수, 아크 발생 횟수 변화분 등의 다양한 아크 발생 입력 변수를 획득할 수 있다. 아크 감지 모듈은 일정한 기준없이 수없이 발생과 소멸을 반복하는 아크에 대해 그 위험성을 정확하게 판단함으로써, 아크에 대해 잘못된 경보를 출력하는 오류를 줄이고 효율적으로 대처할 수 있게 된다.
아크 감지 모듈은 감지된 자외선을 정형화하여 펄스 신호를 생성하고, 생성된 펄스 신호를 카운트할 수 있다. 아크 감지 모듈은 카운트된 펄스 신호를 이용하여 아크 카운트 값을 획득할 수 있다.
일 실시예에서 온도 감지 모듈은 적외선 온도 센서를 포함할 수 있다. 적외선 온도 센서는 비접촉식으로 센싱 대상에서 발생하는 적외선에 기초하여 온도 값을 산출할 수 있다.
적외선 온도 센서는 부스바의 온도를 센싱할 수 있다. 지진 발생으로 수배전반이 흔들리는 경우 부스바의 고정 상태 불량이 발생할 수 있다. 예를 들어, 진동에 의해 부스바를 고정하는 볼트가 풀릴 수 있다. 이때 고정 상태 불량이 발생한 구간에서 저항값의 증가에 의한 과열이 발생할 수 있다. 따라서, 적외선 온도 센서는 지진이 발생하면 부스바의 온도를 비접촉식으로 센싱할 수 있다.
진동 감지 모듈은 적어도 하나의 가속도 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 진동 감지 모듈은 제1 가속도 센서 및 제2 가속도 센서를 포함할 수 있다.
제1 가속도 센서(1300)는 판넬(1000) 하부에 설치될 수 있다. 제1 가속도 센서(1300)는 판넬(1000) 하부의 흔들림에 대응한 진동 값 즉, 가속도를 센싱할 수 있다. 제1 가속도 센서(1300)는 지진시 수반하는 진동의 크기를 나타내는 가속도의 크기를 MEMS 기술을 응용한 3축 가속도 센서 모듈로 계측할 수 있다.
제2 가속도 센서(1400)는 판넬(1000)에 설치될 수 있다. 제2 가속도 센서(1400)는 제1 가속도 센서(1300)와 동일한 구조이며, 판넬(1000)의 흔들림에 대응하는 진동 값 즉, 가속도를 센싱할 수 있다. 세부 사항은 앞서 본 제1 가속도 센서(1300)와 동일할 수 있다. 제2 가속도 센서(1400)는 판넬(1000)의 최상단에 설치될 수 있다. 이에 의해, 하부 내진 설비(4000)(또는 내진 구조)를 통해 판넬에 전달된 진동이 판넬 상에서 얼마나 감쇄되었는지를 판단할 수 있고, 실시간으로 특정 진도를 가지는 지진에 대하여 내진 설비(4000)의 내진 특성 및 수배전반의 진동 상황 등이 파악될 수 있다. 즉, 제1 가속도 센서(1300) 및 제2 가속도 센서(1400)를 통해 실시간 수배전반 상의 내진 특성 및 지진에 의한 수배전반의 영향 등이 파악될 수 있다. 예를 들어, 내진 설비(4000)는 가새 구조를 가질 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 제어 모듈이 복수의 모듈들과 통신을 수행하는 예시를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 수배전반 시스템(20)은 전류 계측 모듈(210), 아크 감지 모듈(220), 온도 감지 모듈(230), 진동 감지 모듈(240) 및 제어 모듈(250)을 포함할 수 있다. 다만, 도 2에 도시된 모듈은 예시일 뿐이며, 일부 모듈이 생략되거나 추가로 다른 모듈이 더 포함될 수 있다.
전류 계측 모듈(210)은 계통의 일측 선로에 설치되어, 선로에 흐르는 전류 값을 제1 파라미터로써 획득할 수 있다.
아크 감지 모듈(220)은 수배전반 각 구성의 아크 발생을 카운트한 아크 카운트 값을 제2 파라미터로써 획득할 수 있다. 각 구성은 인입구 개폐기, 차단기, 부스바, 전력 케이블 등 수배전반에 포함되는 다양한 구성을 의미할 수 있다.
온도 감지 모듈(230)은 수배전반 각 구성의 온도 값을 획득할 수 있다. 일 실시예에서 온도 감지 모듈(230)은 수배전반의 부스바의 온도 값을 획득할 수 있다.
진동 감지 모듈(240)은 수배전반 각 구성의 진동 값을 획득할 수 있다. 일 실시예에서 동 감지 모듈(240)은 판넬(1000) 하부 또는 판넬(1000)에 설치되어 진동 값을 획득 할 수 있다.
제어 모듈(250)은 전류 계측 모듈(210)로부터 전류 값을 획득하고, 아크 감지 모듈(220)로부터 아트 카운트 값을 획득하고, 온도 감지 모듈(230)로부터 온도 값을 획득하며, 진동 감지 모듈(240)로부터 진동 값을 획득할 수 있다.
일 실시예에서, 제어 모듈(250)은 메인 판넬에 위치할 수 있다. 또한, 전류 계측 모듈(210)은 메인 판넬에만 위치할 수 있다. 반면, 게이트웨이(260), 아크 감지 모듈(220), 온도 감지 모듈(230) 및 진동 감지 모듈(240)은 메인 판넬과 서브 판넬에 위치할 수 있다. 아크 감지 모듈(220), 온도 감지 모듈(230) 및 진동 감지 모듈(240)은, 각 서브 판넬에 위치하는 게이트웨이(260)를 통해 센싱 값을 제어 모듈(250)로 전송할 수 있다. 즉, 제어 모듈(250)은 메인 판넬에 위치한 전류 계측 모듈(210)을 통해 전류 값을 획득하고, 아트 카운트 값, 온도 값 및 진동 값은 각 서브 판넬의 게이트웨이(260)를 통해 획득할 수 있다. 후술하는 퍼지 논리 적용 시, 제어 모듈(250)의 서브 판넬 별 절연건전성 평가 결과는 상이할 수 있다. 본 발명에서는 서브 판넬 별로 센싱 값이 상이할 수 있는 아크 감지 모듈(220), 온도 감지 모듈(230) 및 진동 감지 모듈(240)은 각 서브 판넬에 위치시키는 반면, 서브 판넬 별로 센싱 값이 동일한 전류 계측 모듈(210)은 메인 판넬에만 위치시킴으로써, 수배전반 시스템의 부피를 줄이고, 전력 소모 역시 줄이면서도 수배전반 시스템의 절연건전성을 정밀하게 판정할 수 있다.
제어 모듈(250)은 전류 계측 모듈(210), 아크 감지 모듈(220), 온도 감지 모듈(230) 및 진동 감지 모듈(240)로부터 데이터를 전달받아 퍼지 논리적으로 추론하여 하나의 융합된 결과로 출력하는 퍼지 추론부를 포함할 수 있다. 또한, 제어 모듈(250)은 퍼지 추론부로부터 출력된 데이터에 기초하여 절연건전성을 평가하는 절연건전성 평가부를 포함할 수 있다.
퍼지 추론부는, 전류 계측 모듈(210), 아크 감지 모듈(220), 온도 감지 모듈(230) 및 진동 감지 모듈(240)로부터 전달받은 데이터에 멤버십(membership) 함수를 적용하여 퍼지화를 수행하는 멤버십 함수 적용부를 포함할 수 있다. 또한, 퍼지 추론부는, 멤버십 함수가 적용된 데이터에 대해 퍼지 규칙을 적용하는 퍼지 규칙 적용부를 포함할 수 있다. 또한, 퍼지 추론부는, 퍼지화된 데이터와 퍼지 규칙을 이용하여 하나의 퍼지 집합으로 통합하는 통합부를 포함할 수 있다. 또한, 퍼지 추론부는, 퍼지 규칙이 적용된 데이터를 현실값(단일값)의 포맷으로 변환하여 출력하는 역퍼지화부(defuzzification module)를 포함할 수 있다. 한편, 퍼지 추론부가 복수의 모듈을 포함되는 것으로 설명하였으나, 퍼지 추론부는 하나 이상의 프로세서에 의해서도 구현될 수 있다.
절연건전성 평가부는, 퍼지 추론부로부터 출력된 현실값(단일값)에 기초하여 절연건전성을 평가할 수 있다. 예를 들어, 절연건전성 평가부는 '정상', '위험' 및 '경고' 세 가지 레벨로 절연건전성을 평가할 수 있으나, 평가 레벨 수 및 평가 결과는 이에 제한되지 않는다.
한편, 제어 모듈(250)은 수배전반 시스템의 절연건전성 평가 결과가 '위험' 및/또는 '경고'인 경우, 이를 사용자에게 알릴 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 일 실시예에 따른 센싱 모듈 별 멤버십 함수를 설명하기 위한 도면이다.
멤버십 함수는 각 센서값의 범위에 따라 임의적으로 나눈 집합에 해당하는 각 원소들의 소속도를 수식으로 나타낸 함수를 의미한다. 소속도는 전체집합 중의 한 원소가 그 멤버쉽 함수에 소속되는 정도를 0~1 사이의 값으로 표현하는 것을 의미한다.
도 3a 내지 도 3d에 도시된 그래프에서 x축은 각 센싱 모듈의 센싱값 범위를 나타내고, y축은 소속도로써 0~1[p.u] 사이의 값을 나타낸다.
도 3a를 참조하면, Vibration 멤버십 함수가 도시된다. 도 3b를 참조하면, Arc Count 멤버십 함수가 도시된다. 도 3c를 참조하면, Temperature 멤버십 함수가 도시된다. 도 3d를 참조하면, CT current 멤버십 함수가 도시된다. 본 발명에서는 멤버십 함수로써 삼각 함수(triangular function)을 이용하였다.
한편, 도 3a 내지 도 3d에서는 각 멤버십 함수의 구체적인 설정 값이 기재되어 있으나, 이는 예시일 뿐이며, 각 멤버십 함수는 y = a*x + b (a, b는 실수) 형태로 표현되는 어떠한 함수도 될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 절연건전성 평가부의 출력 값에 대한 멤버십 함수를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서는 멤버십 함수로써 삼각 함수을 이용하였다.
도 4에 도시된 그래프에서 x축은 0에서 10 사이의 값을 나타낸다. 절연건전성은 정상(small), 위험(medium), 그리고 경고(big) 3개의 멤버십 함수로 구분하여 표현될 수 있다.
절연건전성이 정상인 경우는 0에서 2.5미만, 절연건전성이 위험인 경우는 2.5이상 7.5 미만, 절연건전성이 경고인 경우는 7.5 이상 10 이하의 범위로 결정될 수 있다.
한편, 도 4에서는 각 멤버십 함수의 구체적인 설정 값이 기재되어 있으나, 이는 예시일 뿐이며, 각 멤버십 함수는 y = a*x + b (a, b는 실수) 형태로 표현되는 어떠한 함수도 될 수 있다.
바람직하게, 도 3a 내지 도 3d, 그리고 도 4에서 설명한 멤버십 함수들의 입력 변수 범위는 아래의 표와 같이 설정할 수 있다.
Seismic Vibration Bus_Temp Arc CT_Current Insulation_
status
Small 0, 0, 256 0, 0, 100 -5, 0, 5 0, 0, 100 -5, 0 ,5
Medium 256, 686, 800 80, 100, 150 3, 5, 10 80, 100, 120 0, 5, 10
Big 686, 1530, 1530 100, 300, 300 5, 30, 30 100, 200, 200 5, 10, 15
도 5는 일 실시예에 따른 퍼지 규칙을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 3a 내지 도 3d, 그리고 도 4에서와 같이 설정한 멤버십 함수 간의 연관성을 고려하여 전문가의 지식과 경험을 내재화한 규칙을 퍼지 규칙이라고 한다.
퍼지 규칙 수는, 각 센싱 모듈에 해당하는 멤버십 함수의 개수(M)에 대한 각 센싱 모듈의 개수(n)에 의해 결정될 수 있다. 즉, 퍼지 규칙 수는 Ms로 결정될 수 있다.
본 발명에서는 4개의 센싱 모듈이 사용되었고, 각 센싱 모듈 별로 3개의 멤버십 함수가 이용되었으므로, 퍼지 규칙 수는 81개(=34개)가 생성될 수 있다.
도 5에는 상술한 바에 따라 생성된 81개의 퍼지 규칙이 표로 도시된다. 도 5의 표에서, 'B'는 절연건전성 평가 결과 '경고'인 경우를 의미하고, 'M'은 절연건전성 평가 결과 '위험'인 경우를 의미하며, 'S'는 절연건전성 평가 결과 '정상'인 경우를 의미할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 퍼지 규칙을 If-Then 형식으로 표현한 도면이다.
도 5에서와 같이 설계한 퍼지 규칙은 If-Then 형식으로 표현할 수 있다.
If절의 부분을 "전건부(antecedent portion)"라고 하며 Then절의 부분을 "후건부(consequent portion)"라고 한다.
도 6에서는 도 5에 도시된 81개의 퍼지 규칙 중에서 예시적으로 20개의 퍼지 규칙을 선택하여 If-Then 형식으로 표현하였다.
도 6은 Matlab에서 얻은 퍼지 규칙을 도시한 것이나, 퍼지 규칙을 얻는 방식은 이에 제한되지 않는다.
도 7는 일 실시예에 따른 맘다니형 추론 방식을 이용하여 절연건전성을 평가하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 6에서 상술한 것과 같이 멤버십 함수와 퍼지 규칙이 결정되면, 퍼지 규칙과 센싱 모듈들로부터 새롭게 획득한 센싱값을 이용하여 절연건전성 평가를 수행하는 과정인 추론(Inference mechanism)을 실시할 수 있다.
추론 과정에서 맘다니형 추론(Mamdani Method) 방식이 사용될 수 있다. 맘다니형 추론은 입력 변수의 퍼지화, 규칙 평가, 출력으로 나온 규칙의 통합(또는, 규칙 후건의 통합) 및 역퍼지화 단계로 진행될 수 있다.
퍼지화(fuzzification) 단계에서, 제어 모듈은 각 센싱 모듈로부터 크리스프 입력을 받고, 이를 적합한 퍼지 집합 각각에 어느 정도로 속할지를 결정할 수 있다. 여기서 크리스프 입력은 언제나 논의 영역으로 한정된 수치값을 의미한다.
규칙 평가(rule evaluation) 단계에서, 제어 모듈은 퍼지 입력을 퍼지 규칙의 전건에 적용할 수 있다. 전건이 여러 개 있는 경우, 제어 모듈은 퍼지 연산자(AND, OR)를 사용하여 전건의 평가 결과를 나타내는 숫자 하나를 얻을 수 있다. 그리고, 제어 모듈은 이 숫자(진리값)를 후건의 소속 함수에 적용할 수 있다. 규칙 전건의 논리합을 평가하기 위해 OR 퍼지 연산이 사용될 수 있다.
출력으로 나온 규칙을 통합하는 단계에서, 제어 모듈은 앞 단계에서 클리핑되거나 스케일링된 모든 규칙 후건의 소속 함수를 퍼지 집합 하나로 결합할 수 있다.
역퍼지화(defuzzification) 단계를 통해, 제어 모듈은 퍼지 시스템의 최종 출력을 단일 값으로 출력할 수 있다. 역퍼지화 방법에는 무게중심법이 이용될 수 있다. 무게중심법에 대해서는 도 8에서 후술하기로 한다.
한편, 클리핑(clipping)은 상관 최소값이라고도 불리는 방식이다. 규칙 후건과 규칙 전건의 진리값을 연관지을때 후건의 소속 함수를 전건의 진리값 수준에서 자를 수 있다. 이 방법을 클리핑 or 상관 최소값이라 한다.
스케일링(scaling)은 상관곱이라고도 불리는 방식이다. 스케일링은 퍼지 집합의 원형을 더 잘 보존할 수 있다. 스케일링에서는, 규칙 후건에 대한 원래의 소속 함수를 모든 소속도에 규칙 전건의 진리값을 곱하여 조정한다.
도 8은 일 실시예에 따른 무게중심법을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
무게중심법은, 구하고자하는 소속 집합의 출력에 대한 등가의 값을 구하기 위해, 소속 집합의 최대 단일 값과 각 출력 변수에 대한 소속 값을 곱하는 방법이다. 이러한 각 집합의 등가의 값들은 서로 더해지고 출력 소속 값의 합으로 평균화됨으로써, 등가 출력값이 출력으로 정의된다.
무게중심법은 아래의 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure 112020119286812-pat00001
상기 수학식 1에서, c는 퍼지 집합 C'을 대표하는 값이고, ci는 i번째 규칙에 대한 출력 정도 값을 나타내는 소속 함수의 중심 값이다.
도 8을 참조하면, 도 8에 도시된 그래프에 대한 무게중심을 구하는 수식이 그래프 아래에 기재되어 있으며, 수식을 계산해보면 등가 출력 값 c는 67.4가 된다.
도 9는 일 실시예에 따른 진동 감지 모듈, 온도 감지 모듈, 아크 감지 모듈 및 전류 계측 모듈을 이용한 수배전반 시스템의 절연건전성을 평가하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 진동 감지 모듈에서 획득한 진동 값이 686gal이고, 아크 감지 모듈에서 획득한 아크 카운트 값이 5이고, 온도 감지 모듈에서 획득한 온도 값이 100℃이고, 전류 계측 모듈에서 획득한 전류 값이 기준 값 대비 100%인 경우, 제어 모듈은 절연건전성을 정상(Insulation_Status = 5)으로 결정할 수 있다.
도 9는 Matlab에서 얻은 절연건전성 평가 값을 도시한 것이나, 절연건전성 평가 값을 얻는 방식은 이에 제한되지 않는다.
본 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈과 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
또한, 본 명세서에서, “부”는 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다.
전술한 본 명세서의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 명세서의 내용이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 실시예의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

  1. 퍼지 추론을 적용하여 수배전반 시스템의 절연건전성을 평가하는 장치에 있어서,
    계통의 일측 선로에 설치되어 선로에 흐르는 전류 값을 획득하는 전류 계측 모듈; 수배전반 각 구성의 아크 발생을 카운트한 아크 카운트 값을 획득하는 아크 감지 모듈; 상기 수배전반 각 구성의 온도 값을 획득하는 온도 감지 모듈; 상기 수배전반 각 구성의 진동 값을 획득하는 진동 감지 모듈; 게이트웨이; 및 제어 모듈;을 포함하고,
    상기 수배전반 시스템은 하나의 메인 판넬 및 복수의 서브 판넬을 포함하고,
    상기 게이트웨이는,
    상기 서브 판넬에 설치되어 복수의 모듈들로부터 센싱 데이터를 수집하고, 상기 수집된 데이터를 상기 메인 판넬에 설치된 제어 모듈로 전송하고,
    상기 제어 모듈은,
    상기 전류 값에 CT current 멤버십 함수를 적용하고, 상기 아크 카운트 값에 Arc count 멤버십 함수를 적용하고, 상기 온도 값에 Temperature 멤버십 함수를 적용하고, 상기 진동 값에 Vibration 멤버십 함수를 적용함으로써 퍼지화(fuzzification)를 수행하고,
    상기 퍼지화를 수행한 결과 값에 기설정된 퍼지 규칙을 적용하고,
    상기 퍼지 규칙을 적용한 결과 값을 하나의 퍼지 집합으로 통합하고,
    상기 통합된 퍼지 집합에 무게중심법을 적용하여 단일 값을 산출하고,
    상기 단일 값에 기초하여 절연건전성을 평가하며,
    상기 메인 판넬에는 상기 제어 모듈 및 상기 전류 계측 모듈이 위치하고,
    상기 복수의 서브 판넬 각각에는, 상기 게이트웨이, 상기 아크 감지 모듈, 상기 온도 감지 모듈 및 상기 진동 감지 모듈이 위치하는 것인, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 CT current 멤버십 함수, 상기 Arc count 멤버십 함수, 상기 Temperature 멤버십 함수 및 상기 Vibration 멤버십 함수는 삼각 함수 형태를 갖는 것인, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 서브 판넬 각각에는 제1 가속도 센서 및 제2 가속도 센서가 설치되고,
    상기 제1 가속도 센서는 상기 복수의 서브 판넬의 하부에 설치되어 상기 하부의 진동 값을 획득하고,
    상기 제2 가속도 센서는 상기 복수의 서브 판넬의 상단에 설치되어 상기 상단의 진동 값을 획득하고,
    상기 제어 모듈은,
    상기 제1 가속도 센서 및 상기 제2 가속도 센서로부터 획득한 진동 값의 차이에 기초하여 상기 판넬 상에서 진동의 감쇄 정도를 결정하는 것인, 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동 감지 모듈의 진동 값이 임계값을 초과하는 경우, 상기 전류 계측 모듈의 전류 값, 상기 아크 감지 모듈의 아크 카운트 값, 그리고 상기 온도 감지 모듈의 온도 값을 고려하지 않고 상기 절연건전성을 평가하는 것인, 장치.
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