KR102302565B1 - Abnormality detecting system of wireless power feeding lines and abnormality detecting method using the system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 급전선로의 이상 검지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철도차량용 무선 급전 시스템을 구성하는 인버터에 설치되어 있는 기존 센서를 이용하여 급전선로에 이상이 발생된 것을 초기에 검지하여 신속하게 전류를 차단시킬 수 있도록 함으로써 무선 급전 시스템의 사고 위험을 감소시킬 수 있도록 하는 무선 급전선로의 이상 검지 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for detecting an abnormality in a wireless power feeding line, and more particularly, by using an existing sensor installed in an inverter constituting a wireless power feeding system for a railway vehicle to detect an abnormality in the power feeding line at an initial stage. Disclosed are a system and method for detecting anomalies in a wireless power supply line that can reduce the risk of an accident in a wireless power supply system by allowing the current to be cut off quickly.

Description

무선 급전선로의 이상 검지 시스템 및 방법{Abnormality detecting system of wireless power feeding lines and abnormality detecting method using the system}Abnormality detecting system of wireless power feeding lines and abnormality detecting method using the system

본 발명은 무선 급전선로의 이상 검지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철도차량용 무선 급전 시스템을 구성하는 인버터에 설치되어 있는 기존 센서를 이용하여 급전선로에 이상이 발생된 것을 초기에 검지하여 신속하게 전류를 차단시킬 수 있도록 함으로써 무선 급전 시스템의 사고 위험을 감소시킬 수 있도록 하는 무선 급전선로의 이상 검지 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for detecting an abnormality in a wireless power feeding line, and more particularly, by using an existing sensor installed in an inverter constituting a wireless power feeding system for a railway vehicle to detect an abnormality in the power feeding line at an initial stage. Disclosed are a system and method for detecting abnormalities in a wireless power supply line that can reduce the risk of an accident in a wireless power supply system by allowing the current to be cut off quickly.

철도차량용 무선 급전 시스템은 철도차량 측에 제공되는 집전장치와 선로 상에 제공되는 급전장치 사이에 일정 크기의 공극, 즉 에어갭(air gap)을 두고 공진 방식으로 자기장을 유도하여 철도차량 측에 전력을 공급하는 시스템을 의미하는 것으로, 도 1에 나타낸 바와 같이, 인버터, 급전선로, 집전장치, 전원안정화장치, 배터리 등으로 구성된다.A wireless power supply system for railroad vehicles provides power to the railroad car by inducing a magnetic field in a resonance method with an air gap of a certain size between the current collector provided to the railroad car and the power feeder provided on the track. As shown in FIG. 1, it means a system that supplies

이 중, 인버터는 수십 kHz의 고주파 전류를 생성하여 이를 급전선로로 보내주는 역할을 하는 것으로, 급전선로에서는 선로 형상에 따라 고주파 자기장을 생성하여 집전장치에서 전력을 수신할 수 있게 한다.Among them, the inverter generates a high-frequency current of several tens of kHz and sends it to the feed line, and the feed line generates a high-frequency magnetic field according to the shape of the line to receive power from the current collector.

일반적으로, 무선 급전 시스템의 급전선로에는 인버터의 출력 주파수에 공진할 수 있도록 공진 캐패시터가 연결된다. 캐패시터(capacitor)는 선로에서 구조적으로 발생하는 인덕턴스(inductance)를 보상해주는 집중정수소자(lumped element)이며, 철도차량용 무선 급전선로는 매우 긴 형상으로 높은 인덕턴스와 전류에 의한 내압이 크기 때문에 캐패시터가 선로 중간에 분산되어 연결된다.In general, a resonance capacitor is connected to a power supply line of a wireless power supply system to resonate with an output frequency of an inverter. A capacitor is a lumped element that compensates for inductance that occurs structurally in a line, and the wireless feed line for railroad vehicles has a very long shape, high inductance and high withstand voltage due to current. Distributed and connected in the middle.

예를 들어, 200m 길이의 선로에는 도 2에 나타낸 바와 같이, 20m 간격으로 공진 캐패시터가 연결되어 있다.For example, as shown in FIG. 2 , resonance capacitors are connected to the 200 m long line at intervals of 20 m.

공진 캐패시터는 급전선로에서 가장 발열이 큰 부속이다. 고주파 저항을 최소화한 리츠와이어를 이용한 케이블에서는 전류가 지나가는 도체의 표면적이 매우 크지만, 케이블과 공진 캐패시터와의 연결 단자는 상대적으로 표면적이 작으므로 전류의 병목 현상과 함께 발열이 발생한다. 또한, 캐패시터는 자체적으로 도체 손실과 함께 유전체 손실에 의한 발열이 있다.The resonant capacitor is the part that generates the most heat in the feed line. Although the surface area of the conductor through which the current passes is very large in the cable using the Litz wire with the minimized high-frequency resistance, the connection terminal between the cable and the resonant capacitor has a relatively small surface area, so heat is generated along with the bottleneck of the current. In addition, the capacitor itself generates heat due to dielectric loss along with conductor loss.

통상적으로 무선 급전선로에는 60kHz, 300~500A의 높은 고주파 전류가 흐르기 때문에 캐패시터 및 단자 부분에서 고온이 발생할 수 있는데, 캐패시터의 전극 접합이 불량이거나 단자가 잘 체결되어 있지 않은 경우에는 화재가 발생될 정도로 위험성이 있다.In general, high-frequency current of 60kHz, 300~500A flows in the wireless feed line, so high temperature may occur in the capacitor and the terminal part. There is a risk.

그리고, 단자 부분이 정상이더라도 장시간 사용에 의한 지속적인 온도 상승으로 캐패시터에 변형이 생기면 순간적으로 고온이 발생할 수 있고 이것이 지속되는 경우에도 화재가 발생할 위험성이 있다.In addition, even if the terminal part is normal, if the capacitor is deformed due to continuous temperature rise due to prolonged use, high temperature may occur instantaneously, and even if this continues, there is a risk of fire.

따라서, 무선 급전선로의 이상을 원인으로 하는 화재 등의 대형사고를 방지하기 위해서는 급전선로에 문제가 발생했을 경우 이를 즉각 검지하고 전류를 차단시킬 수 있는 안전기술이 반드시 필요하다.Therefore, in order to prevent major accidents such as fire caused by abnormalities in the wireless feed line, safety technology that can detect a problem in the feed line immediately and cut off the current is essential.

기존에는 적외선 카메라나 CCTV 등의 수단을 이용하여 실시간으로 급전선로의 과열 상태 등을 관리자가 직접 감시하는 방법이나, 감열선 등을 이용한 검지 방법을 사용하였는데, 관리자가 직접 감시하는 방법의 경우 인력이 필수적으로 사용되어야 하므로 비용이 많이 소요되고, 관리자의 실수 등에 의해 제대로 검지하지 못하는 경우가 발생될 위험이 높다는 문제점이 있다.In the past, the manager directly monitors the overheating condition of the power supply line in real time using infrared cameras or CCTV, or the detection method using a thermal wire. Since it must be used, there is a problem in that it costs a lot, and there is a high risk that the detection may not be performed properly due to an administrator's mistake.

또한, 감열선을 이용한 검지 방법은 고온 발생시에 신속하게 인버터를 차단시킬 수 있는 장점은 있으나, 전체적인 시스템의 설치 비용 및 유지 보수 비용이 증가하게 되므로 경제성이 떨어지는 단점이 있다.In addition, the detection method using a heat-sensitive wire has the advantage of being able to quickly shut off the inverter when a high temperature occurs, but has a disadvantage in that economic efficiency is lowered because the overall system installation and maintenance costs are increased.

1. 대한민국 등록특허공보 제10-1037103호(2011. 05. 26. 공고)1. Republic of Korea Patent Publication No. 10-1037103 (Notice on May 26, 2011) 2. 대한민국 등록특허공보 제10-1379747호(2014. 04. 02. 공고)2. Republic of Korea Patent Publication No. 10-1379747 (2014. 04. 02. Announcement)

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 철도차량용 무선 급전 시스템을 구성하는 기존 센서를 이용하여 추가적인 장비 설치 없이도 급전선로에 이상이 발생된 것을 운영시스템에서 초기에 검지하여 신속하게 전류를 차단시킬 수 있도록 하는 무선 급전선로의 이상 검지 시스템 및 방법을 제공함에 있다.The present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to detect an abnormality in the power supply line without additional equipment installation using the existing sensor constituting the wireless power supply system for railway vehicles. An object of the present invention is to provide a system and method for detecting an abnormality in a wireless feed line that can be detected at an early stage to quickly cut off the current.

또한, 본 발명은 센서의 정확도 및 통신 분해능이 낮더라도 급전선로의 이상 발생 검지가 가능한 무선 급전선로의 이상 검지 시스템 및 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a system and method for detecting an abnormality in a wireless power supply line capable of detecting abnormal occurrence of a power supply line even if the accuracy and communication resolution of the sensor are low.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above objects,

무선급전 인버터에 구비된 전압센서와 전류센서로부터 측정된 입,출력 전압값과, 입,출력 전류값을 수신하는 데이터수신부와, 상기 데이터수신부에 의해 수신된 데이터들을 이용하여 급전선로의 이상 유무 판단을 위한 결정인자를 연산하는 연산부와, 상기 연산부에 의해 연산된 결정인자의 비교 분석을 통해 급전선로의 이상 유무를 판단하는 비교분석부 및 상기 비교분석부에서의 판단 결과에 따라 인버터로부의 출력 전류 차단 여부를 결정하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.A data receiver for receiving input and output voltage values and input and output current values measured from a voltage sensor and a current sensor provided in the wireless power inverter, and the data received by the data receiver to determine whether there is an abnormality in the feed line An arithmetic unit that calculates a determinant for It is characterized in that it is configured to include a control unit for determining whether to block.

이때, 상기 연산부에서는

Figure 112020010195888-pat00001
에 의해 결정인자를 연산하는 것을 특징으로 한다.At this time, in the calculation unit
Figure 112020010195888-pat00001
It is characterized in that the determinant is calculated by

또한, 상기 비교분석부에서는 인버터의 출력 전류가 기설정된 문턱 전류 보다 크고, 상기 연산부에 의해 연산된 결정인자가 0.95 보다 큰 경우 급전선로에 이상이 발생된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the output current of the inverter is greater than a preset threshold current in the comparison analysis unit and the determination factor calculated by the operation unit is greater than 0.95, it is determined that an abnormality has occurred in the feed line.

그리고, 상기 비교분석부에서의 판단 결과에 따라 경보신호를 발생시키는 경보신호 발생부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.And, it characterized in that it is configured to further include an alarm signal generating unit for generating an alarm signal according to the determination result in the comparison analysis unit.

한편, 본 발명에 따른 무선 급전선로의 이상 검지 방법은,On the other hand, the abnormal detection method of the wireless feed line according to the present invention,

무선급전 인버터에 구비된 전압센서와 전류센서로부터 측정된 입,출력 전압값과, 입,출력 전류값을 데이터수신부로 수신하는 데이터 수신단계와, 상기 데이터 수신단계에서 수신된 데이터들을 이용하여 연산부에서 급전선로의 이상 유무 판단을 위한 결정인자를 연산하는 결정인자 연산단계와, 상기 결정인자 연산단계에서 연산된 결정인자의 비교 분석을 통해 급전선로의 이상 유무를 판단하는 결정인자 비교단계 및 상기 결정인자 비교단계에서 급전선로에 이상이 있는 것으로 판단된 경우 제어부를 통해 인버터로부터 출력되는 전원을 차단시키는 전원차단단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.A data receiving step of receiving input and output voltage values and input and output current values measured from a voltage sensor and a current sensor provided in the wireless power inverter to a data receiving unit, and the data received in the data receiving step in the calculation unit A decision factor calculation step of calculating a decision factor for determining whether or not there is an abnormality in the feed line, and a decision factor comparison step of determining whether or not there is an abnormality in the feed line through comparative analysis of the decision factor calculated in the decision factor calculation step, and the decision factor When it is determined that there is an abnormality in the feed line in the comparison step, it is characterized in that it comprises a power cut-off step of cutting off the power output from the inverter through the control unit.

이때, 상기 결정인자 연산단계는, 데이터 수신단계에서 수신된 입,출력 전류값과, 입,출력 전압값을 이용하여 인버터의 유효 입,출력 전력을 각각 계산하는 전력계산단계와, 상기 전력계산단계에서의 계산 결과를 이용하여

Figure 112020010195888-pat00002
에 의해 결정인자를 계산하는 결정인자 계산단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In this case, the determining factor calculation step includes a power calculation step of calculating the effective input and output power of the inverter using the input and output current values and input and output voltage values received in the data receiving step, respectively, and the power calculation step using the calculation results in
Figure 112020010195888-pat00002
It is characterized in that it comprises a decision factor calculation step of calculating the decision factor by

또한, 상기 결정인자 비교단계에서는, 인버터의 출력 전류가 기설정된 문턱 전류를 초과하는지 여부를 확인한 후, 상기 결정인자 연산단계에서 연산된 결정인자가 0.95를 초과하는지 여부를 확인하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the determining factor comparison step, after checking whether the output current of the inverter exceeds a preset threshold current, it is checked whether the determining factor calculated in the determining factor calculating step exceeds 0.95.

본 발명에 따르면, 철도차량용 무선 급전 시스템을 구성하는 인버터 내부 제어를 위한 통상적인 센서 시스템에 의해 측정되는 입출력 전압 및 전류를 활용하여 추가적인 장비 설치 없이도 급전선로에 이상이 발생된 것을 운영시스템에서 초기에 검지하여 신속하게 전류를 차단시킬 수 있도록 함으로써 무선 급전 시스템의 사고 위험을 감소시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.According to the present invention, by using the input/output voltage and current measured by a typical sensor system for internal control of the inverter constituting the wireless power feeding system for railroad vehicles, an abnormality has occurred in the power supply line without additional equipment installation in the early stage in the operating system. It has an excellent effect of reducing the risk of an accident in the wireless power feeding system by detecting the current and allowing the current to be cut off quickly.

또한, 본 발명에 따르면 센서의 정확도 및 통신 분해능이 낮더라도 급전선로의 이상 발생 검지가 가능할 뿐만 아니라, 기존의 시스템을 그대로 활용하여 기존의 고장 또는 이상 검지 방법에 추가적인 안전장치로서의 역할을 할 수 있게 되므로 급전선로의 이상 검지 효과를 극대화시킬 수 있는 효과를 추가로 갖는다.In addition, according to the present invention, even if the accuracy and communication resolution of the sensor is low, it is possible not only to detect the occurrence of an abnormality in the power supply line, but also to use the existing system as it is to serve as an additional safety device to the existing failure or abnormality detection method. Therefore, it has an additional effect of maximizing the effect of detecting abnormalities in the feed line.

도 1은 철도차량용 무선 급전 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 나타낸 무선 급전 시스템 중 급전선로에 공진 캐패시터가 설치된 모습을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 무선 급전선로의 이상 검지 시스템을 개념적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 무선 급전선로의 이상 검지 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도.
도 5는 도 4에 나타낸 본 발명에서 사용되는 이상 검지 알고리즘을 나타낸 순서도.
도 6의 (a) ~ (c)는 무선 급전선로의 고장 발생에 의해 화재가 발생된 경우의 로그 데이터를 나타낸 도면.
도 7의 (a),(b)는 본 발명에서 사용되는 결정인자를 이용하여 공진 캐패시터에 문제가 발생한 경우의 고장 발생시점을 예측한 결과를 나타낸 도면.
1 is a diagram schematically showing the configuration of a wireless power supply system for a railroad vehicle.
FIG. 2 is a view showing a state in which a resonance capacitor is installed in a power supply line of the wireless power feeding system shown in FIG. 1;
3 is a diagram conceptually showing an abnormality detection system of a wireless feed line according to the present invention.
4 is a flowchart sequentially showing an abnormality detection method of a wireless feed line according to the present invention.
5 is a flowchart illustrating an abnormality detection algorithm used in the present invention shown in FIG.
Figure 6 (a) ~ (c) is a view showing log data in the case of a fire caused by the occurrence of a failure in the wireless feed line.
7 (a) and (b) are diagrams showing the results of predicting the failure time point when a problem occurs in the resonance capacitor using the determinant used in the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 무선 급전선로의 이상 검지 시스템 및 방법에 대한 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of a system and method for detecting an abnormality in a wireless feed line according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 무선 급전선로의 이상 검지 시스템을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 무선 급전선로의 이상 검지 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이며, 도 5는 도 3에 나타낸 본 발명에서 사용되는 이상 검지 알고리즘을 나타낸 순서도이며, 도 6의 (a) ~ (c)는 무선 급전선로의 고장 발생에 의해 화재가 발생된 경우의 로그 데이터를 나타낸 도면이며, 도 7의 (a),(b)는 본 발명에서 사용되는 결정인자를 이용하여 공진 캐패시터에 문제가 발생한 경우의 고장 발생시점을 예측한 결과를 나타낸 도면이다.3 is a diagram conceptually showing an abnormality detection system of a wireless feed line according to the present invention, FIG. 4 is a flowchart sequentially illustrating an abnormality detection method of a wireless feed line according to the present invention, and FIG. It is a flowchart showing an abnormality detection algorithm used in the present invention, and FIGS. 6 (a) to (c) are diagrams showing log data when a fire occurs due to a failure of a wireless power supply line, and FIG. 7 (a) , (b) is a diagram showing the results of predicting the failure time point when a problem occurs in the resonance capacitor using the determinant used in the present invention.

본 발명은 철도차량용 무선 급전 시스템을 구성하는 인버터에 설치되어 있는 기존 센서를 이용하여 급전선로에 이상이 발생된 것을 초기에 검지하여 신속하게 전류를 차단시킬 수 있도록 함으로써 무선 급전 시스템의 사고 위험을 감소시킬 수 있도록 하는 무선 급전선로의 이상 검지 시스템 및 방법(이하, '이상 검지 시스템(100)' 및 '이상 검지 방법'이라 한다)에 관한 것으로, 먼저 본 발명에 따른 이상 검지 시스템(100)의 구성은 도 3에 나타낸 바와 같이, 크게 데이터수신부(110), 연산부(120), 비교분석부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 이루어진다.The present invention reduces the risk of accidents in the wireless power feeding system by using the existing sensor installed in the inverter constituting the wireless power feeding system for railway vehicles to detect an abnormality in the feeding line at an early stage and to quickly cut off the current. It relates to an abnormality detection system and method (hereinafter referred to as 'abnormality detection system 100' and 'abnormality detection method') of a wireless feed line that enables 3 , it largely includes a data receiving unit 110 , a calculating unit 120 , a comparison analysis unit 130 , and a control unit 140 .

먼저, 상기 데이터수신부(110)는 무선급전 인버터(10)(이하, '인버터(10)'라 한다)에 구비된 전압센서(12a,12b)와 전류센서(14a,14b)로부터 측정된 입,출력 전압값과, 입출력 전류값을 수신하는 역할을 하는 것으로, 수집된 데이터들은 후술할 결정인자(factor of determiantion), 즉 급전선로의 이상 발생 유무를 결정하는 인자의 연산에 사용된다.First, the data receiving unit 110 is the input measured from the voltage sensors (12a, 12b) and the current sensors (14a, 14b) provided in the wireless power inverter 10 (hereinafter referred to as 'inverter 10'), It serves to receive the output voltage value and the input/output current value, and the collected data is used for calculation of a factor of determiantion to be described later, that is, a factor that determines whether or not an abnormality occurs in the feed line.

즉, 철도차량용 무선 급전 시스템에 사용되는 인버터(10)에는 전력 상태의 모니터링 및 제어, 즉 인버터(10)의 기능 구현을 위해 전압과 전류의 입출력을 제어할 수 있도록 하는 여러 전압센서(12a,12b)와 전류센서(14a,14b)들이 입력단과 출력단에 각각 필수적으로 설치되어 있는데, 상기 전압센서(12a,12b)와 전류센서(14a,14b)로부터 측정된 입력단과 출력단에서의 전압값과 전류값들을 이용하면 추가적인 장비나 시스템 등을 설치하지 않고서도 후술할 결정인자를 연산할 수 있게 된다.That is, the inverter 10 used in the wireless power supply system for railway vehicles has several voltage sensors 12a and 12b that enable monitoring and control of the power state, that is, to control the input and output of voltage and current for realizing the function of the inverter 10 . ) and current sensors 14a and 14b are essentially installed at the input and output terminals, respectively, and the voltage and current values at the input and output terminals measured from the voltage sensors 12a and 12b and the current sensors 14a and 14b. Using these, it is possible to calculate a determinant to be described later without installing additional equipment or systems.

다음, 상기 연산부(120)는 데이터수신부(110)를 통해 수신된 데이터들, 즉 인버터(10)의 전압센서(12a,12b)와 전류센서(14a,14b)로부터 측정된 입력단과 출력단에서의 전압값과 전류값들을 이용하여 급전선로의 이상 유무 판단을 위한 결정인자를 연산하는 역할을 하는 것이다.Next, the operation unit 120 receives the data received through the data receiving unit 110 , that is, the voltages at the input and output terminals measured from the voltage sensors 12a and 12b and the current sensors 14a and 14b of the inverter 10 . It serves to calculate the determinant factor for determining whether there is an abnormality in the feed line using the values and current values.

즉, 상기 연산부(120)에서는 다음의 (1)식에 의해 인버터(10)의 유효 입력 전력과 유효 출력 전력 사이의 관계를 계산한 후, 이를 이용하여 (2)식에 의해 결정인자를 계산하게 된다.That is, the calculation unit 120 calculates the relationship between the effective input power and the effective output power of the inverter 10 by the following equation (1), and then uses this to calculate the decision factor by the equation (2). do.

보다 상세히 설명하면, 상기 (1)식과, (2)식은 각각 아래와 같이 나타낼 수 있는데,In more detail, the formulas (1) and (2) can be expressed as follows,

Figure 112020010195888-pat00003
... (1),
Figure 112020010195888-pat00003
... (One),

Figure 112020010195888-pat00004
... (2),
Figure 112020010195888-pat00004
... (2),

여기서, PO와 PI는 각각 인버터(10)의 유효 출력 전력과 유효 입력 전력을 나타내는 것이고, η는 인버터(10) 효율이며, vo와 io는 각각 인버터(10)로부터 출력되는 전압과 전류를 나타내는 것이고, Factor는 급전선로의 이상 유무를 판단할 수 있도록 하는 결정인자이며, θ는 전압의 위상과 전류의 위상의 차이를 의미하는 것이다.Here, P O and P I represent the effective output power and the effective input power of the inverter 10 , respectively, η is the inverter 10 efficiency, and v o and i o are the voltage output from the inverter 10 and the It represents current, Factor is a determinant to determine whether there is an abnormality in the feed line, and θ means the difference between the phase of the voltage and the phase of the current.

또한, 인버터(10) 유효 입력 전력(PI)의 연산에 사용되는 인버터(10)의 입력 전압과 입력 전류는 DC이고, 인버터(10)의 출력 전압(vo)과 출력 전류(io)는 60kHz의 AC 신호이며 RMS(Root Mean Square) 값이다.In addition, the inverter 10, the effective input power and the input voltage and the input current of the inverter 10 used in the calculation of (P I) is DC, the output voltage (v o) and the output current (i o) of the inverter 10 is an AC signal of 60 kHz and RMS (Root Mean Square) value.

먼저, 상기 (1)식은 인버터(10)의 유효 출력 전력(PO)을 계산하기 위한 두 가지 방법을 조합한 것으로, 그 중 하나는 인버터(10)의 유효 입력 전력(PI)과 인버터 효율(η)의 곱으로 계산하는 것이고, 나머지 하나는 인버터(10)의 출력 전압(vo)과 출력 전류(io) 및 역률(cosθ)의 곱으로 계산하는 것이다.First, the effective output power (P O) of the (1) equation inverter 10 the It is a combination of two methods for calculating, one of which is calculated as the product of the effective input power P I of the inverter 10 and the inverter efficiency η, and the other is the output voltage of the inverter 10 . (v o ) is calculated as the product of the output current (i o ) and the power factor (cosθ).

상기 (1)식을 cosθ에 대해 정리하면 (2)식과 같이 나타낼 수 있으며, cosθ는 일반적으로 역률(power factor)을 의미하지만, 본 발명에서는 결정인자(factor of determination)의 개념으로 표시하였다.If Equation (1) is summarized for cosθ, it can be expressed as Equation (2), and cosθ generally means a power factor, but in the present invention, it is expressed as a concept of a factor of determination.

즉, 60kHz의 위상을 검지하려면 고성능의 센서와 수신기가 필요한데, 일반적으로 인버터(10)의 내부에는 그러한 계측용 장치가 설치되어 있지 않아 직접적으로 위상을 계산할 수 없기 때문에, 역률로 보기에는 오차가 크게 나타날 수 있으므로, 인버터(10)의 효율(η)과, 비교적 정확한 측정이 가능한 DC 입력 전력(PI), 즉 인버터(10)의 입력 전압과 입력 전류의 곱을 이용하여 간접적인 방법으로 결정인자를 계산할 수 있도록 한 것이다.In other words, high-performance sensors and receivers are required to detect the phase of 60 kHz. In general, since such a measurement device is not installed inside the inverter 10, the phase cannot be calculated directly, so the error is large in terms of power factor. it may receive, the inverter 10 for the efficiency (η), a relatively accurate measurement is possible DC input power (P I), i.e. determinants in an indirect way by using the input voltage and the product of the input current of the inverter 10 so that it can be calculated.

이와 같은 결정인자는 역률로서는 부족할지 모르지만, 급전선로의 이상을 감지하는데에는 충분한 정보를 제공해줄 수 있다.Although such a determinant may be insufficient as a power factor, it can provide sufficient information to detect an abnormality in the feed line.

보다 상세히 설명하면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 급전선로는 케이블과 공진 캐패시터의 구성으로 인해 60kHz에서 공진을 한다. In more detail, as shown in FIG. 2 , the feed line resonates at 60 kHz due to the configuration of the cable and the resonance capacitor.

무선 급전에서 사용하는 인버터(10)에서는 출력 주파수가 급전선로의 공진 주파수보다 낮아지면 인버터(10) 스텍의 스위치 소자들이 소프트 스위칭을 하지 않고 하드 스위칭을 하면서 효율이 나빠지고 소자가 소손될 위험성이 있기 때문에 60kHz 보다 약 5% 가량 높은 주파수를 운영 주파수로 사용한다.In the inverter 10 used in wireless power feeding, if the output frequency is lower than the resonant frequency of the feed line, the switch elements of the inverter 10 stack do not perform soft switching but perform hard switching, resulting in poor efficiency and risk of element burnout. Therefore, about 5% higher frequency than 60kHz is used as the operating frequency.

따라서, 인버터(10) 출력단에서 보이는 급전선로의 위상은 일반적으로 0에 가깝지 않게 되는데, 급전선로에서 공진 캐패시터에 문제가 발생하여 절연이 파괴되거나 단락이 되는 현상이 발생하면 선로의 공진 주파수가 상승하여 위상이 0과 매우 가까워지거나 역전될 수 있다.Therefore, the phase of the feed line seen from the output terminal of the inverter 10 is generally not close to zero. The phase can be very close to zero or reversed.

즉, 아래의 (3)식에서와 같이, 급전선로의 공진 주파수(ω0)는 급전선로의 인덕턴스(L)와 공진 캐패시턴스(C) 값으로 결정되는데, 캐패시터가 단락되거나 절연파괴 등으로 인해 캐패시턴스가 감소하면 급전선로의 공진 주파수가 상승하게 된다.That is, as shown in Equation (3) below, the resonant frequency (ω 0 ) of the feed line is determined by the inductance (L) and resonant capacitance (C) of the feed line. When it decreases, the resonant frequency of the feed line rises.

이러한 과정에서 위상값이 0에 가까워지게 되고, 이러한 원리를 이용하면 전술한 결정인자를 이용한 무선 급전선로의 이상 검지가 가능하게 된다.In this process, the phase value approaches 0, and by using this principle, it is possible to detect abnormalities in the wireless feed line using the above-described determinant factor.

다음, 상기 비교분석부(130)는 연산부(120)에 의해 연산된 결정인자의 비교 분석을 통해 급전선로에 이상이 발생했는지 여부를 판단하는 역할을 하는 것으로, 후술할 제1비교단계(S32) 및 제2비교단계(S34)에서의 작업이 비교분석부(130)에서 이루어지게 된다.Next, the comparison and analysis unit 130 serves to determine whether an abnormality has occurred in the power supply line through comparative analysis of the determining factors calculated by the operation unit 120, and a first comparison step (S32) to be described later. And the work in the second comparison step (S34) is made in the comparison analysis unit (130).

보다 상세히 설명하면, 상기 비교분석부(130)에서는 인버터(10)의 출력 전류(io)가 기설정되는 문턱 전류(ith)를 초과하는지 여부를 먼저 확인하는데, 이는 인버터(10)에서 출력을 하고 있는 조건과 출력을 내보내기 시작하는 과도기에서 결정인자가 비정상적으로 나타날 수 있는 경우를 제외하기 위한 것이다.In more detail, the comparison and analysis unit 130 first checks whether the output current i o of the inverter 10 exceeds a preset threshold current i th , which is output from the inverter 10 . This is to exclude the case where the determinant may appear abnormally in the transition period that starts to emit the output and under the condition that the output is being performed.

이때, 상기 문턱 전류(ith)는 정격 전류의 약 1/2 정도에 해당되는 값으로 설정될 수 있다.In this case, the threshold current i th may be set to a value corresponding to about 1/2 of the rated current.

또한, 상기 비교분석부(130)에서는 인버터(10)의 출력 전류(io)가 문턱 전류(ith)를 초과하는 경우, 연산부(120)에 의해 연산된 결정인자가 0.95를 초과하는지 여부를 확인하는데, 결정인자가 0.95를 초과하는 조건은 급전선로의 공진주파수와 운영주파수가 매우 가까워졌거나 역전된 경우를 의미한다.In addition, in the comparison and analysis unit 130, when the output current (i o ) of the inverter 10 exceeds the threshold current (i th ), whether the determination factor calculated by the operation unit 120 exceeds 0.95 To confirm, the condition where the determinant exceeds 0.95 means that the resonant frequency of the feed line and the operating frequency are very close or inverted.

즉, 위상 오차를 감안하더라도 상기 결정인자가 0.95를 초과한다는 조건은 급전선로에 특별한 이상이 발생한 경우에만 만족하는 조건이다.That is, even considering the phase error, the condition that the determining factor exceeds 0.95 is a condition that is satisfied only when a special abnormality occurs in the feed line.

다음, 상기 제어부(140)는 비교분석부(130)에서의 판단 결과에 따라 인버터(10)로의 전류 공급을 제어하는 역할을 하는 것으로, 비교분석부(130)에서의 분석에 의해 급전선로에 이상이 없는 것으로 판별되는 경우에는 인버터(10)에 정상적으로 전류를 공급하고, 반대로 비교분석부(130)에서의 분석에 의해 급전선로에 이상이 발생된 것으로 판별되는 경우에는 인버터(10)로부터의 출력 전류를 차단시킬 수 있도록 구성되어 있다.Next, the control unit 140 serves to control the supply of current to the inverter 10 according to the determination result of the comparison analysis unit 130 , and the power supply line is abnormal by the analysis by the comparison analysis unit 130 . If it is determined that there is no current, the inverter 10 is normally supplied with current, and, conversely, when it is determined that an abnormality has occurred in the power supply line by analysis in the comparison analysis unit 130, the output current from the inverter 10 It is designed to block

한편, 본 발명에 따른 이상 검지 시스템(100)을 구성하는 데이터수신부(110), 연산부(120), 비교분석부(130) 및 제어부(140)는 무선 급전선로를 운영하는 운영시스템(이하, '운영시스템'이라 한다)에 설치될 수 있는데, 상기 운영시스템 또는 인버터(10)에서는 실시간 전압/전류 데이터를 기록하고 있으므로, 전술한 급전선로에 이상이 발생된 것으로 판별되는 조건이 발생하는 경우 운영시스템에서는 인버터(10)를 즉시 차단시킬 수 있게 된다.On the other hand, the data receiving unit 110, the calculating unit 120, the comparison analysis unit 130 and the control unit 140 constituting the abnormality detection system 100 according to the present invention is an operating system (hereinafter, ' Operating system'), since the operating system or inverter 10 records real-time voltage/current data, when a condition that determines that an abnormality has occurred in the above-described feed line occurs, the operating system In this case, the inverter 10 can be cut off immediately.

또한, 본 발명에 따른 이상 검지 시스템(100)은 경보신호 발생부(150) 및 모니터링부(160)를 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 상기 경보신호 발생부(150)는 비교분석부(130)에서의 판단 결과에 따라 경보신호를 발생시키는 역할을 하는 것으로, 상기 비교분석부(130)에서의 분석에 의해 급전선로에 이상이 발생된 것으로 판별되는 경우, 제어부(140)를 통해 인버터(10)를 차단시킴과 동시에 경보신호 발생부(150)를 통해 경보음 등의 경보신호를 발생시킴으로써 급전선로의 이상을 초기에 발견할 수 있음은 물론, 그에 따른 화재 등의 사고를 예방할 수 있게 된다.In addition, the abnormality detection system 100 according to the present invention may be configured to further include an alarm signal generating unit 150 and a monitoring unit 160 , wherein the alarm signal generating unit 150 is a comparative analysis unit 130 . It serves to generate an alarm signal according to the determination result in , and when it is determined that an abnormality has occurred in the power supply line by the analysis in the comparison analysis unit 130, the inverter 10 through the control unit 140 At the same time, by generating an alarm signal such as an alarm sound through the alarm signal generating unit 150 at the same time, an abnormality in the power supply line can be detected at an early stage, and accidents such as a fire can be prevented.

그리고, 상기 모니터링부(160)는 운영시스템의 관리자가 인버터(10)의 입출력 데이터, 연산부(120)에서의 연산 결과 및 비교분석부(130)에서의 판단 결과 등을 실시간으로 확인할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 운영시스템의 관리자는 로그데이터의 형태로 모니터링부(160)에 현시되는 인버터(10)의 입출력 데이터 등을 통해 급전선로의 이상 유무를 실시간으로 확인할 수 있도록 구성되어 있다.In addition, the monitoring unit 160 serves to enable the administrator of the operating system to check the input/output data of the inverter 10 , the operation result of the operation unit 120 , and the determination result of the comparison analysis unit 130 in real time. As shown in FIGS. 6 and 7 , the manager of the operating system checks the presence or absence of abnormalities in the feed line in real time through the input/output data of the inverter 10 displayed on the monitoring unit 160 in the form of log data. It is designed to be checked.

또한, 도시하지는 않았으나, 상기 비교분석부(130)에서의 분석에 의해 급전선로에 이상이 발생된 것으로 판별되는 경우, 경보신호 발생부(150)를 통해 경보신호가 발생됨과 동시에 모니터링부(160)를 통해서도 급전선로의 이상 발생을 표시하도록 구성할 수도 있음은 물론이다.In addition, although not shown, when it is determined that an abnormality has occurred in the power supply line by the analysis in the comparison and analysis unit 130, an alarm signal is generated through the alarm signal generating unit 150 and the monitoring unit 160 at the same time. Of course, it can also be configured to indicate the occurrence of an abnormality in the feed line through the .

한편, 본 발명에 따른 이상 검지 방법은 전술한 이상 검지 시스템(100)을 이용하여 급전선로에 이상이 발생된 것을 초기에 검지하여 신속하게 인버터(10)를 차단시킬 수 있도록 하는 방법에 관한 것으로, 그 구성은 도 4에 나타낸 바와 같이, 크게 데이터 수신단계(S10), 결정인자 연산단계(S20), 결정인자 비교단계(S30) 및 전원차단단계(S40)를 포함하여 이루어진다.On the other hand, the abnormality detection method according to the present invention relates to a method of using the above-described abnormality detection system 100 to detect an abnormality in the power supply line at an early stage and to quickly shut off the inverter 10, As shown in FIG. 4, the configuration largely includes a data receiving step (S10), a determining factor calculation step (S20), a determining factor comparison step (S30), and a power-off step (S40).

먼저, 상기 데이터 수신단계(S10)는 데이터수신부(110)를 통해 인버터(10)에 구비된 전압센서(12a,12b)와 전류센서(14a,14b)들로부터 측정된 입,출력 전압값과 입,출력 전류값을 수신하는 단계에 관한 것으로, 전술한 바와 같이, 데이터수신부(110)로 수신된 데이터들, 즉 입,출력 전압값과 입,출력 전류값은 급전선로의 이상 발생 유무를 결정하는 결정인자의 연산에 사용된다.First, in the data receiving step (S10), the input and output voltage values and input and output voltage values measured from the voltage sensors 12a and 12b and the current sensors 14a and 14b provided in the inverter 10 through the data receiving unit 110 are , It relates to the step of receiving the output current value, and as described above, the data received by the data receiving unit 110, that is, input and output voltage values and input and output current values determine whether or not an abnormality occurs in the feed line. It is used to calculate the determinant.

또한, 상기 데이터 수신단계(S10)에서 수신되는 인버터(10)의 입,출력 전압값과 입,출력 전류값들은 모니터링부(160)에 실시간으로 현시될 수 있다.In addition, the input and output voltage values and input and output current values of the inverter 10 received in the data receiving step S10 may be displayed on the monitoring unit 160 in real time.

다음, 상기 결정인자 연산단계(S20)는 데이터 수신단계(S10)에서 수신된 데이터들을 이용한 연산부(120)에서의 연산에 의해 급전선로의 이상 상태를 검지할 수 있는 결정인자, 즉 급전선로의 이상 발생 유무를 결정하기 위한 결정인자를 연산하는 단계에 관한 것으로, 전력계산단계(S22)와 결정인자 계산단계(S24)를 포함하여 이루어진다.Next, the determining factor calculation step (S20) is a determining factor capable of detecting an abnormal state of the feed line by operation in the calculation unit 120 using the data received in the data receiving step (S10), that is, the abnormality of the feed line. It relates to the step of calculating the determining factor for determining whether or not the occurrence occurs, and includes a power calculation step (S22) and a determining factor calculation step (S24).

즉, 상기 전력계산단계(S22)는 데이터 수신단계(S10)에서 수신된 인버터(10)의 입,출력 전압값과 입,출력 전류값들을 이용하여 인버터(10)의 유효 입력 전력(PI)과 유효 출력 전력(PO)을 각각 계산하는 단계에 관한 것이고, 상기 결정인자 계산단계(S24)는 전력계산단계(S22)에서 계산된 인버터(10)의 유효 입력 전력(PI)과 유효 출력 전력(PO)을 이용하여 결정인자를 계산하는 단계에 관한 것이다.That is, the power calculation step S22 is performed using the input and output voltage values and input and output current values of the inverter 10 received in the data receiving step S10 , the effective input power P I of the inverter 10 . and the effective output power P O , respectively, wherein the determining factor calculation step S24 includes the effective input power P I and the effective output power of the inverter 10 calculated in the power calculation step S22 . by using the power (P O) it relates to calculating a determinant.

상기 결정인자 계산단계(S24)에서는 전술한 (1)식과 (2)식에 의해 결정인자를 계산하게 되는데, 이에 대한 내용은 전술한 이상 검지 시스템(100)의 연산부(120)에 대해 설명한 바와 같으므로, 상세한 설명을 생략하기로 한다.In the determinant factor calculation step (S24), the determinant factor is calculated by the above-described equations (1) and (2), and the contents are as described for the operation unit 120 of the abnormality detection system 100 described above. Therefore, a detailed description will be omitted.

다음, 상기 결정인자 비교단계(S30)는 결정인자 연산단계(S20)에서 연산된 결정인자의 비교 분석을 통해 급전선로의 이상 유무를 판단하는 단계에 관한 것으로, 제1비교단계(S32)와 제2비교단계(S34)를 포함하여 이루어진다.Next, the determining factor comparison step (S30) relates to the step of determining whether there is an abnormality in the feed line through the comparative analysis of the decision factor calculated in the determining factor calculation step (S20), and the first comparison step (S32) and the first comparison step (S32) 2 The comparison step (S34) is included.

보다 상세히 설명하면, 상기 제1비교단계(S32)는 인버터(10)의 출력 전류(io)의 크기를 기설정된 문턱 전류(ith)의 크기와 비교하는 단계에 관한 것으로, 상기 문턱 전류(ith)는 인버터(10)에서 출력을 하고 있는 조건과 출력을 내보내기 시작하는 과도기에서 결정인자가 비정상적으로 나타날 수 있는 경우를 제외시키기 위한 조건을 설정하기 위한 값으로서, 전술한 바와 같이 정격 전류의 1/2정도로 설정된다.More specifically, the first comparison step (S32) relates to a step of comparing the magnitude of the output current i o of the inverter 10 with the magnitude of the preset threshold current i th , wherein the threshold current ( i th ) is a value for setting conditions for excluding the case where the determinant may appear abnormally in the transition period when the inverter 10 is outputting the output and the output is started, and as described above, set to 1/2.

도 5에 나타낸 바와 같이, 제1비교단계(S32)에서의 비교 결과, 인버터(10)의 출력 전류(io)의 크기가 기설정된 문턱 전류(ith)의 크기 보다 클 경우 후술할 제2비교단계(S34)로 진행하고, 인버터(10)의 출력 전류(io)의 크기가 기설정된 문턱 전류(ith)의 크기 이하일 경우, 제2비교단계(S34)로 진행하지 않고 데이터 수신단계(S10)로 되돌아간다.As shown in FIG. 5 , as a result of the comparison in the first comparison step S32 , when the magnitude of the output current i o of the inverter 10 is greater than the magnitude of the preset threshold current i th , a second Proceeds to the comparison step (S34), and when the magnitude of the output current (i o ) of the inverter 10 is equal to or less than the magnitude of the preset threshold current (i th ), the data reception step without proceeding to the second comparison step (S34) It returns to (S10).

다음, 상기 제2비교단계(S34)는 결정인자 연산단계(S20)에서 연산된 결정인자가 0.95를 초과하는지 여부를 확인하는 단계에 관한 것으로, 결정인자가 0.95를 초과하는 조건은 급전선로의 공진주파수와 운영주파수가 매우 가까워졌거나 역전된 경우를 의미한다.Next, the second comparison step (S34) relates to the step of checking whether the determination factor calculated in the determination factor calculation step (S20) exceeds 0.95, and the condition in which the determination factor exceeds 0.95 is resonance of the feed line It means that the frequency and the operating frequency are very close or inverted.

즉, 전술한 바와 같이, 상기 결정인자가 0.95를 초과한다는 조건은 급전선로에 특별한 이상이 발생한 경우에만 만족하는 조건이다.That is, as described above, the condition that the determining factor exceeds 0.95 is a condition that is satisfied only when a special abnormality occurs in the feed line.

상기와 같은 급전선로의 이상 발생 조건을 검증하기 위하여 경산 무선급전 시험선에서 실제 운행했던 데이터에 급전선로의 이상 발생 조건을 적용해 보았는데, 시험선에서 무선급전 차량은 각각 무선급전 인버터(10)와 무선 급전선로가 설치되어 있는 A역과 B역을 왕복 운전하며 각각 입출력 전압과 입출력 전류 데이터를 약 0.2초 단위로 저장하였다.In order to verify the conditions for abnormal occurrence of the feeding line as described above, the abnormal occurrence condition of the feeding line was applied to the data actually operated on the Gyeongsan wireless feeding test line. It operates reciprocally between stations A and B, where the wireless feed line is installed, and saves input/output voltage and input/output current data in units of about 0.2 seconds, respectively.

도 6은 경전철용 무선급전 시스템의 운행 중에 A역의 공진 캐패시터에 문제가 발생하여 화재가 발생했을 때의 로그 데이터를 나타낸 것으로, (a)는 인버터(10) 입력 전압과 입력 전류를 나타낸 것이고, (b)는 인버터(10) 출력 전압과 출력 전류를 나타낸 것이며, (c)는 (a)와 (b)에 기록된 데이터를 이용하여 연산된 결정인자를 나타낸 것이다.6 shows log data when a fire occurs due to a problem in the resonance capacitor of station A during operation of the wireless power supply system for light rail, (a) shows the inverter 10 input voltage and input current, (b) shows the output voltage and output current of the inverter 10, and (c) shows the determinant calculated using the data recorded in (a) and (b).

고장이 발생한 시간은 약 17시 31분 12초인데, 도 6의 (c)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 급전선로가 정상 작동하는 동안에는 결정인자가 약 0.8 이하의 값을 유지하다가, 고장이 발생한 시간에서는 0.95보다 크게 급격히 상승한 것을 확인할 수 있다.The time at which the failure occurred is about 17:31:12, and as can be seen in FIG. 6(c), the determinant maintains a value of about 0.8 or less during normal operation of the feed line, and the time at which the failure occurs It can be seen that there is a sharp increase from 0.95.

이때, 도 6의 (b)에서는 고장 발생시 출력 전압이 약 2,000V 정도로 크게 상승한 것을 확인할 수 있는데, 2,000V 정도의 전압은 1MW급 인버터(10) 기준에서는 과전압이 아니기 때문에 인버터(10)에서는 고장으로 판단하지 않는다.At this time, in (b) of FIG. 6 , it can be seen that the output voltage is greatly increased to about 2,000V when a failure occurs. Since a voltage of about 2,000V is not an overvoltage in the standard of the 1MW class inverter 10, the inverter 10 is a failure. don't judge

또한, 도 6의 (a),(b)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 고장 발생 시점에서 인버터(10)의 입출력 전압과 전류의 값이 크게 흔들리는 것으로 나타났는데, 이를 이용하여 급전선로의 이상을 검지할 수도 있겠으나, 전압과 전류는 고장 또는 이상을 검지하기 위한 기준을 정하는 것이 어렵다는 단점이 있다.In addition, as can be seen in (a) and (b) of FIG. 6 , it was found that the input/output voltage and current of the inverter 10 fluctuate greatly at the time of the failure. However, voltage and current have a disadvantage in that it is difficult to set standards for detecting faults or abnormalities.

특히, 전압이 크게 상승하는 경우에 대해서는 집전장치의 수집용량에 따라 변화할 수 있기 때문에 절대적인 기준을 정할 수 없다.In particular, in the case of a large increase in voltage, an absolute standard cannot be determined because it may change according to the collection capacity of the current collector.

반면에, 본 발명에 따른 이상 검지 방법에서 사용하는 결정인자는 부하량에 관계 없이 공진 캐패시터에 문제가 발생한 것을 검지할 수 있도록 구성된 것이므로, 신속하고 정확하게 급전선로의 이상 발생을 검지할 수 있게 된다.On the other hand, since the determining factor used in the abnormality detection method according to the present invention is configured to detect that a problem has occurred in the resonance capacitor regardless of the amount of load, it is possible to quickly and accurately detect the occurrence of an abnormality in the feed line.

다음, 상기 전원차단단계(S40)는 결정인자 비교단계(S30)에서 급전선로에 이상이 있는 것으로 판단된 경우 제어부(140)를 통해 인버터(10)로부터 출력되는 전원을 차단시키는 단계에 관한 것으로, 전술한 바와 같이, 비교분석부(130)에 의해 인버터(10)의 출력 전류(io)의 크기가 기설정된 문턱 전류(ith)의 크기 보다 크고, 결정인자가 0.95를 초과하는 경우가 검지된 경우, 제어부(140)에서는 즉시 인버터(10)를 차단시킨다.Next, the power cut-off step (S40) relates to a step of cutting off the power output from the inverter 10 through the control unit 140 when it is determined that there is an abnormality in the feed line in the determining factor comparison step (S30). As described above, the case where the magnitude of the output current (i o ) of the inverter 10 is greater than the magnitude of the preset threshold current (i th ) and the determinant exceeds 0.95 by the comparison analysis unit 130 is detected as described above. In this case, the control unit 140 immediately cuts off the inverter 10 .

또한, 상기 인버터(10)의 차단과 동시에 경보신호 발생부(150)를 통해 경보신호를 발생시키고(경보신호 발생단계(S50)), 모니터링부(160)를 통해 급전선로의 이상 발생 사실을 현시함으로써 운영시스템의 관리자가 급전선로의 이상을 초기에 발견하고 화재 발생을 예방할 수 있도록 구성되어 있다.In addition, when the inverter 10 is cut off, an alarm signal is generated through the alarm signal generating unit 150 (alarm signal generating step (S50)), and the fact that an abnormality in the power supply line has occurred through the monitoring unit 160 is displayed. By doing so, it is structured so that the manager of the operating system can detect abnormalities in the feed line at an early stage and prevent a fire.

한편, 도 7의 (a),(b)는 본 발명에서 사용되는 결정인자를 이용하여 공진 캐패시터에 문제가 발생한 경우의 고장 발생시점을 예측한 결과를 각각 나타낸 것으로, 도 6의 (c)에서와 마찬가지로, 공진 캐패시터의 정삭작동 시에는 결정인자가 0.8 미만으로 나타나다가, 고장 또는 이상 발생 시점에서는 결정인자가 0.95를 초과하여 치솟는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, FIGS. 7(a) and 7(b) show the results of predicting the failure time when a problem occurs in the resonance capacitor using the determinant used in the present invention, respectively, in FIG. 6(c) Similarly, it can be seen that the determinant factor appears to be less than 0.8 during the finishing operation of the resonance capacitor, but rises above 0.95 at the time of failure or abnormality.

결정인자의 값이 1 이상으로 나오는 이유는 고장 또는 이상 발생시에 입출력 전압이 매우 흔들리는데, 이때 센서의 값이 정확하지 않고 측정 시점에 대한 동기화도 완전하지 않기 때문이다.The reason why the value of the determinant is greater than 1 is that the input/output voltage fluctuates very much when a failure or abnormality occurs.

또한, 결정인자의 연산 과정에서 인버터(10)의 효율이 정확하게 반영되지 않고, 통신 데이터의 분해능이 떨어지기 때문에 오차가 발생될 수 있는데, 이러한 오차를 감안하더라도 공진 캐패시터의 고장 또는 이상 발생시에는 결정인자가 0.95를 초과하는 것으로 나타나게 되므로, 본 발명에 따른 이상 검지 시스템(100) 및 방법에 의하면 상기와 같은 오차가 발생되는 경우에도 무선 급전선로에 고장 또는 이상이 발생된 것을 정확하게 예측할 수 있게 된다.In addition, in the process of calculating the determinant factor, the efficiency of the inverter 10 is not accurately reflected, and an error may occur because the resolution of communication data is lowered. Since is shown to exceed 0.95, according to the abnormality detection system 100 and method according to the present invention, even when the above error occurs, it is possible to accurately predict that a failure or abnormality has occurred in the wireless power supply line.

따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 무선 급전선로의 이상 검지 시스템(100) 및 방법에 의하면, 철도차량용 무선 급전 시스템을 구성하는 인버터(10) 내부 제어를 위한 통상적인 센서 시스템에 의해 측정되는 입출력 전압 및 전류를 활용하여 추가적인 장비 설치 없이도 급전선로에 이상이 발생된 것을 운영시스템에서 초기에 검지하여 신속하게 전류를 차단시킬 수 있도록 함으로써 무선 급전 시스템의 사고 위험을 감소시킬 수 있게 되고, 센서의 정확도 및 통신 분해능이 낮더라도 급전선로의 이상 발생 검지가 가능할 뿐만 아니라, 기존의 시스템을 그대로 활용하여 기존의 고장 또는 이상 검지 방법에 추가적인 안전장치로서의 역할을 할 수 있게 되므로 급전선로의 이상 검지 효과를 극대화시킬 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.Therefore, according to the abnormality detection system 100 and method of the wireless power feeding line according to the present invention as described above, the input/output measured by a typical sensor system for internal control of the inverter 10 constituting the wireless power feeding system for railway vehicles It is possible to reduce the risk of an accident in the wireless power supply system by using voltage and current to detect an abnormality in the power supply line at an early stage and cut off the current quickly without installing additional equipment, and the accuracy of the sensor And even if the communication resolution is low, it is possible not only to detect the occurrence of an abnormality in the feeding line, but also to use the existing system as it is to serve as an additional safety device to the existing fault or abnormal detection method, thereby maximizing the effect of detecting abnormalities in the feeding line. It has various advantages such as being able to do it.

전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.Although the above-described embodiments have been described with respect to the most preferred examples of the present invention, it is not limited to the above-described embodiments, and it is apparent to those skilled in the art that various modifications are possible without departing from the technical spirit of the present invention.

본 발명은 무선 급전선로의 이상 검지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철도차량용 무선 급전 시스템을 구성하는 인버터에 설치되어 있는 기존 센서를 이용하여 급전선로에 이상이 발생된 것을 초기에 검지하여 신속하게 전류를 차단시킬 수 있도록 함으로써 무선 급전 시스템의 사고 위험을 감소시킬 수 있도록 하는 무선 급전선로의 이상 검지 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for detecting an abnormality in a wireless power feeding line, and more particularly, by using an existing sensor installed in an inverter constituting a wireless power feeding system for a railway vehicle to detect an abnormality in the power feeding line at an initial stage. Disclosed are a system and method for detecting abnormalities in a wireless power supply line that can reduce the risk of an accident in a wireless power supply system by allowing the current to be cut off quickly.

10 : 인버터 12a, 12b : 전압센서
14a, 14b : 전류센서 100 : 이상 검지 시스템
110 : 데이터수신부 120 : 연산부
130 : 비교분석부 140 : 제어부
150 : 경보신호 발생부 160 : 모니터링부
S10 : 데이터 수신단계 S20 : 결정인자 연산단계
S22 : 전력 계산단계 S24 : 결정인자 계산단계
S30 : 결정인자 비교단계 S32 : 제1비교단계
S34 : 제2비교단계 S40 : 전원차단단계
S50 : 경보신호 발생단계
10: inverter 12a, 12b: voltage sensor
14a, 14b: Current sensor 100: Abnormality detection system
110: data receiving unit 120: calculating unit
130: comparative analysis unit 140: control unit
150: alarm signal generator 160: monitoring unit
S10: data receiving step S20: determining factor calculation step
S22: power calculation step S24: determinant factor calculation step
S30: determining factor comparison step S32: first comparison step
S34: second comparison step S40: power cut-off step
S50: Alarm signal generation stage

Claims (7)

무선급전 인버터, 급전선로 및 공진 캐패시터를 포함하는 철도차량용 무선 급전 시스템에 있어서,
무선급전 인버터에 구비된 전압센서와 전류센서로부터 측정된 입,출력 전압값과, 입,출력 전류값을 수신하는 데이터수신부와,
상기 데이터수신부에 의해 수신된 데이터들을 이용하여 급전선로의 이상 유무 판단을 위한 결정인자를 연산하는 연산부와,
상기 연산부에 의해 연산된 결정인자의 비교 분석을 통해 급전선로의 이상 유무를 판단하는 비교분석부와,
상기 비교분석부에서의 판단 결과에 따라 인버터로부터의 출력 전류 차단 여부를 결정하는 제어부 및
상기 비교분석부에서의 판단 결과에 따라 경보신호를 발생시키는 경보신호 발생부를 포함하되,
상기 연산부에서는
Figure 112021091393697-pat00005
에 의해 결정인자를 연산하고,
상기 비교분석부에서는 인버터의 출력 전류가 기설정된 문턱 전류 보다 크고, 상기 연산부에 의해 연산된 결정인자가 0.95 보다 큰 경우 공진 캐패시터의 고장 또는 이상 발생으로 인해 급전선로에 이상이 발생된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 무선 급전선로의 이상 검지 시스템.
(여기서, Factor는 결정인자이고, θ는 전압의 위상과 전류의 위상의 차이이며, PI는 유효 입력 전력이고, η는 인버터 효율이며, vo와 io는 각각 인버터로부터 출력되는 전압과 전류를 나타내는 것임.)
In the wireless power feeding system for a railway vehicle comprising a wireless feed inverter, a feed line and a resonance capacitor,
A data receiving unit for receiving input and output voltage values and input and output current values measured from a voltage sensor and a current sensor provided in the wireless power inverter;
an operation unit that calculates a decision factor for determining whether there is an abnormality in the power supply line using the data received by the data receiving unit;
A comparative analysis unit for determining whether there is an abnormality in the power supply line through comparative analysis of the determinant factors calculated by the calculation unit;
a control unit for determining whether to cut off the output current from the inverter according to the determination result of the comparison analysis unit; and
Including an alarm signal generating unit for generating an alarm signal according to the determination result in the comparison analysis unit,
In the arithmetic section
Figure 112021091393697-pat00005
Calculate the determinant by
In the comparison and analysis unit, when the output current of the inverter is greater than a preset threshold current and the determination factor calculated by the operation unit is greater than 0.95, it is determined that an abnormality has occurred in the feeding line due to a failure or abnormality of the resonance capacitor. An abnormality detection system of a wireless power supply line characterized by the.
(Here, Factor is a determinant, θ is the difference between the phase of voltage and phase of current, P I is the effective input power, η is the inverter efficiency, and v o and i o are the voltage and current output from the inverter, respectively. indicates.)
삭제delete 삭제delete 삭제delete 무선급전 인버터에 구비된 전압센서와 전류센서로부터 측정된 입,출력 전압값과, 입,출력 전류값을 데이터수신부로 수신하는 데이터 수신단계와,
상기 데이터 수신단계에서 수신된 데이터들을 이용하여 연산부에서 급전선로의 이상 유무 판단을 위한 결정인자를 연산하는 결정인자 연산단계와,
상기 결정인자 연산단계에서 연산된 결정인자의 비교 분석을 통해 급전선로의 이상 유무를 판단하는 결정인자 비교단계 및
상기 결정인자 비교단계에서 급전선로에 이상이 있는 것으로 판단된 경우 제어부를 통해 인버터로부터 출력되는 전원을 차단시키는 전원차단단계를 포함하되,
상기 결정인자 비교단계에서는,
인버터의 출력 전류가 기설정된 문턱 전류를 초과하는지 여부를 확인한 후, 상기 결정인자 연산단계에서 연산된 결정인자가 0.95를 초과하는지 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 무선 급전선로의 이상 검지 방법.
A data receiving step of receiving input and output voltage values and input and output current values measured from a voltage sensor and a current sensor provided in the wireless power inverter to a data receiver;
a decision factor calculation step of calculating a decision factor for determining whether there is an abnormality in a power supply line in an operation unit using the data received in the data receiving step;
a decision factor comparison step of determining whether there is an abnormality in the feed line through comparative analysis of the decision factor calculated in the decision factor calculation step;
In the determining factor comparison step, when it is determined that there is an abnormality in the power supply line, a power cut-off step of cutting off the power output from the inverter through the control unit;
In the determining factor comparison step,
After checking whether the output current of the inverter exceeds a preset threshold current, the method for detecting abnormality in a wireless feed line, characterized in that it is checked whether the determining factor calculated in the determining factor calculation step exceeds 0.95.
제 5항에 있어서,
상기 결정인자 연산단계는,
데이터 수신단계에서 수신된 입,출력 전류값과, 입,출력 전압값을 이용하여 인버터의 유효 입출력 전력을 각각 계산하는 전력계산단계와,
상기 전력계산단계에서의 계산 결과를 이용하여
Figure 112021066135435-pat00006
에 의해 결정인자를 계산하는 결정인자 계산단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 급전선로의 이상 검지 방법.
(여기서, Factor는 결정인자이고, θ는 전압의 위상과 전류의 위상의 차이이며, PI는 유효 입력 전력이고, η는 인버터 효율이며, vo와 io는 각각 인버터로부터 출력되는 전압과 전류를 나타내는 것임.)
6. The method of claim 5,
The determining factor calculation step is
A power calculation step of calculating the effective input/output power of the inverter using the input and output current values and input and output voltage values received in the data receiving step, respectively;
Using the calculation result in the power calculation step
Figure 112021066135435-pat00006
Anomaly detection method of a wireless feed line, characterized in that it comprises a decision factor calculation step of calculating the decision factor by
(Here, Factor is the determining factor, θ is the difference between the phase of voltage and the phase of current, P I is the effective input power, η is the inverter efficiency, and v o and i o are the voltage and current output from the inverter, respectively. indicates.)
삭제delete
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