KR102304456B1 - 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산 장치 및 방법 - Google Patents

가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산장치는 전압/전류신호 샘플을 입력받는 전압/전류신호 샘플 입력부; 상기 전압/전류 입력부에 순차적으로 입력되는 전압/전류신호 샘플의 전압/전류 파형이 영점을 2회 이상 갱신하는 지 여부를 판단하는 영점 갱신 횟수 판단부; 상기 영점 갱신 횟수 판단부에서 영점을 2회 이상 갱신한 전압/전류신호 샘플의 입력신호 부호를 양 및 음 중 어느 하나로 판단하는 입력 신호 부호 판정부; 상기 입력 신호 부호 판정부에서 판단된 양 및 음 중 어느 하나의 부호를 갖는 전압/전류신호 샘플을 기 설정된 조건로직에 적용하여 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수로 윈도우 개수를 판단하는 윈도우 개수 판정부; 및 실효치 연산부에서 상기 전압/전류신호 샘플의 전압/전류 파형이 영점을 2회 미만 갱신하는 전압/전류신호 샘플을 하기의 식 1에 적용하여 전압/전류 실효치를 연산하고, 상기 윈도우 개수 판정부의 판단된 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수에 대한 전압/전류신호 샘플을 하기의 식 2에 적용하여 전압/전류 실효치를 연산하는 실효치 연산부를 포함한다.

Description

가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산 장치 및 방법{Device and method for computing the effective values of plant protection relays using variable window sizes}
본 발명은 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산 장치 및 방법에 관한 것이다.
전력계통의 주파수는 발전기의 회전수에 의해 정해지며, 전기의 입력과 출력에 불균형이 생기면 전기시계의 이상, 전동기의 회전수 변동에 의한 계통 연계된 전력기기의 이상, 전력계통의 전압변동 등이 발생한다. 또한, 발전소에서는 공칭주파수의 ±0.1~0.2Hz 정도의 변동 폭을 가지고 일정한 주파수를 유지하도록 제어한다. 이때, 부하의 변동에 따라 발전기 입력을 조정하는데, 20분 정도 이상의 완만한 변화는 미리 예상해 각 발전소의 분담을 결정해 두고, 2분 정도 이하의 짧은 변동은 각 발전기에 설치된 조속기로 발전기 입력을 조정한다. 발전기가 초기에 구동하면 발전기의 회전수가 증가하며 동시에 계통 전압의 크기가 증가한다.
도 1은 종래의 실효치 연산 방법을 설명한 예시도이다
도 1에 도시된 종래의 방법을 이용할 경우, 공칭주파수(60Hz) 도달 전까지 전압 크기에 대한 추정에 시지연이 발생함과 동시에 공칭주파수 외 대역에서 추정된 크기가 계속 변동하는 형태로 추정된다.
또한 발전기 과여자(과자속)은 고정자 코어 말단의 적층부에 큰 와전류를 유도시켜 손실 및 과열을 발생 시킬 수 있고 심할 경우 말단의 소손을 야기하며, 해당 과여자 보호를 위해, V/Hz(전압/주파수) 비율을 이용한 보호계전기를 이용하므로 보호계전기는 정확하고 빠른 전압 크기(실효치) 및 주파수 추정이 요구된다는 문제가 있다.
종래의 보호계전기의 실효치 연산 방법을 살펴보면, 보호계전기는 일반적으로 공칭 주파수에서의 1주기당 샘플 수를 윈도우로 가지고 계산하는 DFT(Discrete Fourier Transform)기반의 실효치 추정을 수행한다. DFT(Discrete Fourier Transform)기반의 실효치 추정 방식은 공칭 주파수 근방의 주파수 대역을 가진 파형의 경우에 안정적인 크기 출력을 보인다. 또한, 전압, 전류 파형에 고조파 성분이 많이 포함되어 있는 경우 더욱 적합하다. 또한, 주파수 변동 시에도 고정된 윈도우 크기를 가지기 때문에, 공칭 주파수 외 구간에서는 크기 추정에 속도 및 추정 값의 상대적으로 큰 오차를 가져 발전기 과여자보호 및 발전기 구동 시작/종료 시에 적용하기에 적합하지 않다.
이에 본 발명은 종래와 다른 방식으로 발전소 보호계전기의 실효값을 연산하기 위한 장치 및 방법을 개시하고자 한다.
미국특허 US8108165
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 문제점을 해결할 수 있는 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산장치 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산장치 장치는 전압/전류신호 샘플을 입력받는 전압/전류 입력부; 상기 전압/전류 입력부에 순차적으로 입력되는 전압/전류신호 샘플의 전압/전류 파형이 영점을 2회 이상 갱신하는 지 여부를 판단하는 영점 갱신 횟수 판단부; 상기 영점 갱신 횟수 판단부에서 영점을 2회 이상 갱신한 전압/전류신호 샘플의 입력신호 부호를 양 및 음 중 어느 하나로 판단하는 입력 신호 부호 판정부; 상기 입력 신호 부호 판정부에서 판단된 양 및 음 중 어느 하나의 부호를 갖는 전압/전류신호 샘플을 기 설정된 조건로직에 적용하여 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수로 윈도우 개수를 판단하는 윈도우 개수 판정부; 및 상기 전압/전류신호 샘플의 전압/전류 파형이 영점을 2회 미만 갱신하는 전압/전류신호 샘플을 하기의 식 1에 적용하여 전압/전류 실효치를 연산하고, 상기 윈도우 개수 판정부의 판단된 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수에 대한 전압/전류신호 샘플을 하기의 식 2에 적용하여 전압/전류 실효치를 연산하는 실효치 연산부를 포함한다.
[식 1]
Figure 112021061475213-pat00001
[식 2]
Figure 112021061475213-pat00002
여기서,
Figure 112021061475213-pat00003
는 전압/전류신호의 k번째 샘플값,
Figure 112021061475213-pat00004
는 현재 샘플의 순번이고,
Figure 112021061475213-pat00005
는 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플의 개수이다.
일 실시예에서, 상기 윈도우 개수 판정부의 판단된 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수를 하기의 식 3 및 식 4에 적용하여 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 실수값 및 허수값을 산출하고, 상기 DFT 실수값 및 허수값을 하기의 식 5에 적용하여 위상각을 연산하는 위상 연산부를 더 포함한다.
[식 3]
Figure 112021061475213-pat00006
[식 4]
Figure 112021061475213-pat00007
[식 5]
Figure 112021061475213-pat00008
여기서,
Figure 112021061475213-pat00009
: 현재 시점의 추정된 1 cycle당 샘플 개수
삭제
삭제
삭제
Figure 112021061475213-pat00013
: 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 실수(real) 값
Figure 112021061475213-pat00014
: 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 허수(imaginary) 값
Figure 112021061475213-pat00015
: 현재 시점의 위상각 값
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산방법은 전압/전류신호 샘플 입력부에서 전압/전류신호 샘플을 입력받는 단계; 영점 갱신 횟수 판단부에서 상기 전압/전류신호 샘플 입력부에 순차적으로 입력되는 전압/전류신호 샘플의 전압/전류 파형이 영점을 2회 이상 갱신하는 지 여부를 판단하는 단계; 입력 신호 부호 판정부에서 상기 영점 갱신 횟수 판단부에서 영점을 2회 이상 갱신한 전압/전류신호 샘플의 입력신호 부호를 양 및 음 중 어느 하나로 판단하는 단계; 윈도우 개수 판정부에서 상기 입력 신호 부호 판정부에서 판단된 양 및 음 중 어느 하나의 부호를 갖는 전압/전류신호 샘플을 기 설정된 조건로직에 적용하여 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수로 윈도우 개수를 판단하는 단계; 및 실효치 연산부에서 상기 전압/전류신호 샘플의 전압/전류 파형이 영점을 2회 미만 갱신하는 전압/전류신호 샘플을 하기의 식 1에 적용하여 전압/전류 실효치를 연산하고, 상기 윈도우 개수 판정부의 판단된 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수에 대한 전압/전류신호 샘플을 하기의 식 2에 적용하여 전압/전류 실효치를 연산하는 단계를 포함한다.
[식 1]
Figure 112021061475213-pat00016
[식 2]
Figure 112021061475213-pat00017
여기서,
Figure 112021061475213-pat00018
는 전압/전류신호의 k번째 샘플값,
Figure 112021061475213-pat00019
는 현재 샘플의 순번이고,
Figure 112021061475213-pat00020
는 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플의 개수이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 위상각 연산방법은 전압/전류신호 샘플 입력부에서 전압/전류신호 샘플을 입력받는 단계; 영점 갱신 횟수 판단부에서 상기 전압/전류 입력부에 순차적으로 입력되는 전압/전류신호 샘플의 전압/전류 파형이 영점을 2회 이상 갱신하는 지 여부를 판단하는 단계; 입력 신호 부호 판정부에서 상기 영점 갱신 횟수 판단부에서 영점을 2회 이상 갱신한 전압/전류신호 샘플의 입력신호 부호를 양 및 음 중 어느 하나로 판단하는 단계; 윈도우 개수 판정부에서 상기 부호 판정부에서 판단된 양 및 음 중 어느 하나의 부호를 갖는 전압/전류신호 샘플을 기 설정된 조건로직에 적용하여 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수로 윈도우 개수를 판단하는 단계; 및 위상 연산부에서 상기 윈도우 개수 판정부의 판단된 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수를 하기의 식 3 및 식 4에 적용하여 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 실수값 및 허수값을 산출하고, 상기 DFT 실수값 및 허수값을 하기의 식 5에 적용하여 위상각을 연산하는 단계를 포함한다.
[식 3]
Figure 112021061475213-pat00021
[식 4]
Figure 112021061475213-pat00022
[식 5]
Figure 112021061475213-pat00023
여기서,
Figure 112021061475213-pat00024
: 현재 시점의 추정된 1 cycle당 샘플 개수
삭제
삭제
삭제
Figure 112021061475213-pat00028
: 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 실수(real) 값
Figure 112021061475213-pat00029
: 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 허수(imaginary) 값
Figure 112021061475213-pat00030
: 현재 시점의 위상각 값
본 발명의 일 실시예에 따른 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산장치 장치을 이용하면, 종래의 방법에 비해 발전기 구동 시작 시에 전압 실효치의 빠른 추정 속도를 보이며, 저주파수 대역에서 추정된 실효치가 출렁거리는 현상을 감소시킬 수 있다는 이점을 제공한다.
또한, 전류/전압 실효치의 연산뿐만 아니라, 주파수/위상을 빠르게 연산할 수 있다.
상술한 이점을 통해, ①발전기 보호계전기에 종래의 실효치 연산 방식과 본원의 실효치 연산 방식을 병렬으로 사용하여, 각 실효치 연산 방식의 장점이 필요한 각각의 계통 보호방식에 적용 가능하다.
또한, ②고조파 발생 시, 전압, 전류 파형이 지수함수 형태로 감소 시 등에는 종래의 연산방식을 이용하는 것이 용이하므로 종래의 실효치 연산 방식은 보호계전기의 50, 51, 27 등의 보호요소에 적용할 수 있다.
또한, ③ 주파수와 전압/전류 실효치 크기가 동시에 변동하는 경우 적합하므로, 해당방식은 과여자보호요소(24)에 적용 가능하다는 이점이 있다.
도 1은 종래의 실효치 연산 방법을 설명한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산장치의 장치 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산방법을 설명한 흐름도이다.
도 4는 도 3에 도시된 S740 과정의 조건로직을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본원의 실효값 연산방법과 종래의 실효값 연산방법의 결과를 비교한 그래프이다.
도 6은 기존의 위상각 추정 방식을 보여준 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 위상각 연산 방법을 설명한 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 발명을 구현함에 있어서 설명의 편의를 위하여 구성요소를 세분화하여 설명할 수 있으나, 이들 구성요소가 하나의 장치 또는 모듈 내에 구현될 수도 있고, 혹은 하나의 구성요소가 다수의 장치 또는 모듈들에 나뉘어져서 구현될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면들에 기초하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산장치 및 방법을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산장치의 장치 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산장치(100)은 전압/전류신호 샘플 입력부(110), 영점 갱신 횟수 판단부(120), 입력 신호 부호 판정부(130), 윈도우 개수 판정부(140), 실효치 연산부(150) 및 위상각 연산부(160)를 포함한다.
상기 전압/전류신호 샘플 입력부(110)는 현재 시점의 전압/전류신호(
Figure 112021061475213-pat00031
) 샘플값을 입력받는 구성일 수 있다.
상기 영점 갱신 횟수 판단부(120)는 상기 전압/전류신호 샘플 입력부(110)에서 시간의 흐름에 따라 입력되는 전압/전류신호 샘플의 영점 교차점의 갱신 위치의 횟수를 판별하는 구성으로, 보다 상세하게는 최신 영점 교차점의 갱신 위치가 2회 이상인지 유무를 판단하는 구성일 수 있다.
다음으로, 입력 신호 부호 판정부(130)는 영점 갱신 횟수 판단부(120)에서 최신 영점 교차점의 갱신 위치가 2회 이상으로 판단되는 전압/전류 신호 샘플의 입력부호가 양수(1) 및 음수(0) 중 어느 하나 인지를 판단하는 구성일 수 있다.
예를 들어, i번째 샘플이 0 이상일 경우, i번째 샘플의 입력부호는 양수(1)로 판단하고, 0 미만일 경우, i 번째 샘플의 입력부호는 음수(0)로 판단한다.
다음으로, 윈도우 개수 판정부(130)는 입력 신호 부호 판정부(130)에서 판단된 전압/전류신호 샘플의 입력부호를 기 설정된 조건로직의 만족여부를 판단한다.
상기 조건로직은 (pSi-2=pSi-1)&(pSi=1)&(pSi-1=0)일 수 있고, 해당 조건로직에 만족할 경우, 현재 시점의 추정된 1 cycle당 샘플 개수(
Figure 112021061475213-pat00032
)는 최신 영점 교차점 샘플의 위치(
Figure 112021061475213-pat00033
)와 이전 영점 교차점 샘플의 위치(
Figure 112021061475213-pat00034
) 간의 차로 판단하고, 해당 조건로직에 불만족할 경우, 현재 시점의 추정된 1 cycle당 샘플 개수(
Figure 112021061475213-pat00035
)는 이전 영점 교차점 샘플의 위치와 동일한 것으로 판단한다.
상기 조건로직은 입력 신호 부호가 안정적으로 변동되지 않는 도 4와 같은 경우(신호가 1샘플 갑자기 변동하는 경우)에 현재 시점의 추정된 1 cycle당 샘플 개수(
Figure 112021061475213-pat00036
)에 신규 값 연산(
Figure 112021061475213-pat00037
) 이 수행하지 않도록 판단하기 위한 조건로직일 수 있다.
다음으로, 실효치 연산부(150)는 상기 영점 교차횟수 판단부(120)의 판단결과 중 전압/전류신호 샘플의 영점 교차점의 갱신 위치의 횟수가 2회 미만인 연산 초기의 경우, 입력되는 연산 시작 시 들어오는 첫 번째 샘플부터 현재 시점의 샘플을 모두 이용하기 위한 식 1을 적용하여 1주기의 실효치(RMS)를 산출한다(도 3 참조).
[식 1]
Figure 112021061475213-pat00038
여기서,
Figure 112021061475213-pat00039
는 전압/전류신호의 k번째 샘플값,,
Figure 112021061475213-pat00040
는 현재 샘플의 순번이다.
또한, 실효치 연산부(150)는 상기 영점 교차횟수 판단부(120)의 판단결과 중 전압/전류신호 샘플의 영점 교차점의 갱신 위치의 횟수가 2회 이상인 전압/전류 신호 샘플의 1 주기의 실효치(RMS)를 하기의 식 2를 적용하여 산출한다(도 3 참조).
[식 2]
Figure 112021061475213-pat00041
여기서,
Figure 112021061475213-pat00042
는 전압/전류신호의 k번째 샘플값 이고,
Figure 112021061475213-pat00043
는 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플의 개수이다.
다음으로, 위상 연산부(160)는 상기 윈도우 개수 판정부의 판단된 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수를 하기의 식 3 및 식 4에 적용하여 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 실수값 및 허수값을 산출하고, 상기 DFT 실수값 및 허수값을 하기의 식 5에 적용하여 위상각을 연산한다.
[식 3]
Figure 112021061475213-pat00044
[식 4]
Figure 112021061475213-pat00045
[식 5]
Figure 112021061475213-pat00046
여기서,
Figure 112021061475213-pat00047
: 현재 시점의 추정된 1 cycle당 샘플 개수
삭제
삭제
삭제
Figure 112021061475213-pat00051
: 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 실수(real) 값
Figure 112021061475213-pat00052
: 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 허수(imaginary) 값
Figure 112021061475213-pat00053
: 현재 시점의 위상각 값
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산방법을 설명한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산방법(S700)은 전압/전류신호 샘플 입력부(110)에서 전압/전류신호 샘플을 입력받으면(S710), 영점 갱신 횟수 판단부에서 상기 전압/전류 입력부에 순차적으로 입력되는 전압/전류신호 샘플의 전압/전류 파형이 영점을 2회 이상 갱신하는 지 여부를 판단(S720)한다.
이후, 입력 신호 부호 판정부(130)에서 상기 영점 갱신 횟수 판단부에서 영점을 2회 이상 갱신한 전압/전류신호 샘플의 입력신호 부호를 양 및 음 중 어느 하나로 판단(S730)한 후, 윈도우 개수 판정부(140)에서 상기 부호 판정부(130)에서 판단된 양 및 음 중 어느 하나의 부호를 갖는 전압/전류신호 샘플을 기 설정된 조건로직에 적용하여 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수로 윈도우 개수를 판단(S740)한다.
이후, 실효치 연산부(150)에서 상기 전압/전류신호 샘플의 전압/전류 파형이 영점을 2회 미만 갱신하는 전압/전류신호 샘플을 하기의 식 1에 적용하여 전압/전류 실효치를 연산하고, 상기 윈도우 개수 판정부의 판단된 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수에 대한 전압/전류신호 샘플을 하기의 식 2에 적용하여 전압/전류 실효치를 연산(S750)한다.
[식 1]
Figure 112021061475213-pat00054
[식 2]
Figure 112021061475213-pat00055
여기서,
Figure 112021061475213-pat00056
는 전압/전류신호의 k번째 샘플값,
Figure 112021061475213-pat00057
는 현재 샘플의 순번이고,
Figure 112021061475213-pat00058
는 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플의 개수이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 위상각 연산방법을 설명한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 위상각 연산방법(S800)은 전압/전류신호 샘플 입력부(110)에서 전압/전류신호 샘플을 입력받으면(S810), 영점 갱신 횟수 판단부에서 상기 전압/전류 입력부에 순차적으로 입력되는 전압/전류신호 샘플의 전압/전류 파형이 영점을 2회 이상 갱신하는 지 여부를 판단(S820)한다.
이후, 입력 신호 부호 판정부(130)에서 상기 영점 갱신 횟수 판단부(120)에서 영점을 2회 이상 갱신한 전압/전류신호 샘플의 입력신호 부호를 양 및 음 중 어느 하나로 판단(S830)한 후, 윈도우 개수 판정부(140)에서 상기 부호 판정부(130)에서 판단된 양 및 음 중 어느 하나의 부호를 갖는 전압/전류신호 샘플을 기 설정된 조건로직에 적용하여 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수로 윈도우 개수를 판단(S840)한다.
이후, 위상 연산부(160)에서 상기 윈도우 개수 판정부(140)의 판단된 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수를 하기의 식 3 및 식 4에 적용하여 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 실수값 및 허수값을 산출하고, 상기 DFT 실수값 및 허수값을 하기의 식 5에 적용하여 위상각을 연산(S850)한다.
[식 3]
Figure 112021061475213-pat00059
[식 4]
Figure 112021061475213-pat00060
[식 5]
Figure 112021061475213-pat00061
여기서,
Figure 112021061475213-pat00062
: 현재 시점의 추정된 1 cycle당 샘플 개수
삭제
삭제
삭제
Figure 112021061475213-pat00066
: 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 실수(real) 값
Figure 112021061475213-pat00067
: 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 허수(imaginary) 값
Figure 112021061475213-pat00068
: 현재 시점의 위상각 값
도 5는 본원의 실효값 연산방법과 종래의 실효값 연산방법의 결과를 비교한 그래프로서, 도 5를 참조하면, 종래의 방법에 비해 발전기 구동 시작 시에 전압 실효치의 빠른 추정 속도를 보이며, 저주파수 대역에서 추정된 실효치가 출렁거리는 현상도 감소하였음을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산장치는 ①발전기 보호계전기에 종래의 실효치 연산 방식과 개선된 실효치 연산 방식을 병렬으로 사용하여, 각 실효치 연산 방식의 장점이 필요한 각각의 계통 보호방식에 적용 가능하다.
또한, ②고조파 발생 시, 전압, 전류 파형이 지수함수 형태로 감소 시 등에는 종래의 연산방식을 이용하는 것이 용이하므로 종래의 실효치 연산 방식은 보호계전기의 50, 51, 27 등의 보호요소에 적용할 수 있다.
또한, ③ 주파수와 전압/전류 실효치 크기가 동시에 변동하는 경우 적합하므로, 해당방식은 과여자보호요소(24)에 적용 가능하다는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에서 사용된 “~부”는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다
본 발명의 실시예에 따른 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 실시예를 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-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 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 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산장치
110: 전압/전류신호 샘플 입력부
120: 영점 갱신 횟수 판단부
130: 입력 신호 부호 판정부
140: 윈도우 개수 판정부
150: 실효치 연산부
160: 위상 연산부

Claims (4)

  1. 전압/전류신호 샘플을 입력받는 전압/전류신호 샘플 입력부;
    상기 전압/전류신호 샘플 입력부에 순차적으로 입력되는 전압/전류신호 샘플의 전압/전류 파형이 영점을 2회 이상 갱신하는 지 여부를 판단하는 영점 갱신 횟수 판단부;
    상기 영점 갱신 횟수 판단부에서 영점을 2회 이상 갱신한 전압/전류신호 샘플의 입력신호 부호를 양 및 음 중 어느 하나로 판단하는 입력 신호 부호 판정부;
    상기 부호 판정부에서 판단된 양 및 음 중 어느 하나의 부호를 갖는 전압/전류신호 샘플을 기 설정된 조건로직에 적용하여 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수로 윈도우 개수를 판단하는 윈도우 개수 판정부; 및
    실효치 연산부에서 상기 전압/전류신호 샘플의 전압/전류 파형이 영점을 2회 미만 갱신하는 전압/전류신호 샘플을 하기의 식 1에 적용하여 전압/전류 실효치를 연산하고, 상기 윈도우 개수 판정부의 판단된 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수에 대한 전압/전류신호 샘플을 하기의 식 2에 적용하여 전압/전류 실효치를 연산하는 실효치 연산부를 포함하는 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산장치.
    [식 1]
    Figure 112021097487372-pat00069

    [식 2]
    Figure 112021097487372-pat00070

    여기서,
    Figure 112021097487372-pat00071
    는 전압/전류신호의 k번째 샘플값,
    Figure 112021097487372-pat00072
    는 현재 샘플의 순번이고,
    Figure 112021097487372-pat00073
    는 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플의 개수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 윈도우 개수 판정부의 판단된 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수를 하기의 식 3 및 식 4에 적용하여 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 실수값 및 허수값을 산출하고, 상기 DFT 실수값 및 허수값을 하기의 식 5에 적용하여 위상각을 연산하는 위상 연산부를 더 포함하는 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산장치.
    [식 3]
    Figure 112021097487372-pat00074

    [식 4]
    Figure 112021097487372-pat00075

    [식 5]
    Figure 112021097487372-pat00076

    여기서,
    Figure 112021097487372-pat00077
    : 현재 시점의 추정된 1 cycle당 샘플 개수
    Figure 112021097487372-pat00081
    : 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 실수(real) 값
    Figure 112021097487372-pat00082
    : 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 허수(imaginary) 값
    Figure 112021097487372-pat00083
    : 현재 시점의 위상각 값
  3. 전압/전류신호 샘플 입력부에서 전압/전류신호 샘플을 입력받는 단계;
    영점 갱신 횟수 판단부에서 상기 전압/전류신호 샘플 입력부에 순차적으로 입력되는 전압/전류신호 샘플의 전압/전류 파형이 영점을 2회 이상 갱신하는 지 여부를 판단하는 단계;
    입력 신호 부호 판정부에서 상기 영점 갱신 횟수 판단부에서 영점을 2회 이상 갱신한 전압/전류신호 샘플의 입력신호 부호를 양 및 음 중 어느 하나로 판단하는 단계;
    윈도우 개수 판정부에서 상기 입력 신호 부호 판정부에서 판단된 양 및 음 중 어느 하나의 부호를 갖는 전압/전류신호 샘플을 기 설정된 조건로직에 적용하여 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수로 윈도우 개수를 판단하는 단계; 및
    실효치 연산부에서 상기 전압/전류신호 샘플의 전압/전류 파형이 영점을 2회 미만 갱신하는 전압/전류신호 샘플을 하기의 식 1에 적용하여 전압/전류 실효치를 연산하고, 상기 윈도우 개수 판정부의 판단된 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수에 대한 전압/전류신호 샘플을 하기의 식 2에 적용하여 전압/전류 실효치를 연산하는 단계를 포함하는 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 실효값 연산방법.
    [식 1]
    Figure 112021097487372-pat00084

    [식 2]
    Figure 112021097487372-pat00085

    여기서,
    Figure 112021097487372-pat00086
    는 전압/전류신호의 k번째 샘플값,
    Figure 112021097487372-pat00087
    는 현재 샘플의 순번이고,
    Figure 112021097487372-pat00088
    는 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플의 개수이다.
  4. 전압/전류 입력부에서 전압/전류신호 샘플을 입력받는 단계;
    영점 갱신 횟수 판단부에서 상기 전압/전류 입력부에 순차적으로 입력되는 전압/전류신호 샘플의 전압/전류 파형이 영점을 2회 이상 갱신하는 지 여부를 판단하는 단계;
    입력 신호 부호 판정부에서 상기 영점 갱신 횟수 판단부에서 영점을 2회 이상 갱신한 전압/전류신호 샘플의 입력신호 부호를 양 및 음 중 어느 하나로 판단하는 단계;
    윈도우 개수 판정부에서 상기 입력 신호 부호 판정부에서 판단된 양 및 음 중 어느 하나의 부호를 갖는 전압/전류신호 샘플을 기 설정된 조건로직에 적용하여 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수로 윈도우 개수를 판단하는 단계; 및
    위상 연산부에서 상기 윈도우 개수 판정부의 판단된 현재 시점의 추정된 1 cycle 당 샘플 개수를 하기의 식 3 및 식 4에 적용하여 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 실수값 및 허수값을 산출하고, 상기 DFT 실수값 및 허수값을 하기의 식 5에 적용하여 위상각을 연산하는 단계를 포함하는 가변샘플 개수의 윈도우 값을 이용한 발전소 보호계전기의 위상각 연산방법.
    [식 3]
    Figure 112021097487372-pat00089

    [식 4]
    Figure 112021097487372-pat00090

    [식 5]
    Figure 112021097487372-pat00091

    여기서,
    Figure 112021097487372-pat00092
    : 현재 시점의 추정된 1 cycle당 샘플 개수
    Figure 112021097487372-pat00096
    : 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 실수(real) 값
    Figure 112021097487372-pat00097
    : 현재 시점에서 가변 샘플 개수의 윈도우 값을 가진 DFT 허수(imaginary) 값
    Figure 112021097487372-pat00098
    : 현재 시점의 위상각 값
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