KR102656903B1 - Ac 및 dc 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치 및 이를 이용한 모니터링 방법 - Google Patents
Ac 및 dc 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치 및 이를 이용한 모니터링 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102656903B1 KR102656903B1 KR1020230160799A KR20230160799A KR102656903B1 KR 102656903 B1 KR102656903 B1 KR 102656903B1 KR 1020230160799 A KR1020230160799 A KR 1020230160799A KR 20230160799 A KR20230160799 A KR 20230160799A KR 102656903 B1 KR102656903 B1 KR 102656903B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- voltage
- arc
- afdd
- current
- detection device
- Prior art date
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 230000007547 defect Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 claims description 10
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003909 pattern recognition Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
- G01R31/14—Circuits therefor, e.g. for generating test voltages, sensing circuits
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
- G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
- G01R19/16576—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 comparing DC or AC voltage with one threshold
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
- G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
- G01R19/1659—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 to indicate that the value is within or outside a predetermined range of values (window)
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
- H03H7/01—Frequency selective two-port networks
- H03H7/0115—Frequency selective two-port networks comprising only inductors and capacitors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
Abstract
본 발명은 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치 및 이를 이용한 모니터링 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전압 및 전류 센싱, 필터링, 크기 측정, 상태 검증, 및 아크 결함 검출을 통합적으로 수행하는 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치 및 이를 이용한 모니터링 방법에 관한 것으로서, PV 및 배터리, ESS 등의 DC 전원과 전기적으로 연결되어 센싱하며, 커패시터와 인덕터와 저항들 중 2 개 이상의 부품을 복수개 포함하는 센서; 상기 센서에서 센싱한 커패시터의 전압 및 인덕터 전류를 통해 DC 및 AC 값으로 분리하여 아크를 감지하는 AFDD (Arc Fault Detection Devices) ;를 포함하고, 상기 AFDD를 통해 AC 값은 FFT(Fast Fourier Transform)로 주파수 도메인(Domain)에서의 값을 관측하고, DC 값은 특정 임계값(Threshold)의 전압 레벨(Level)을 관측하여 아크를 감지하면 알람하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치 및 이를 이용한 모니터링 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 AC와 DC 신호 센싱, 필터링, 크기 측정, 및 아크 결함 검출을 통합적으로 수행하는 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치 및 이를 이용한 모니터링 방법에 관한 것이다.
PV 시스템과 ESS는 전력 생성 및 저장에 사용되는 통합적인 DC 전력시스템을 형성한다.
이러한 시스템은 다수의 커넥터와 전선으로 구성되어 있어, 커넥터의 노화나 전선의 파괴 등의 이유로 DC 직렬 아크 고장이 발생할 위험이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 기존의 기술에서는 DSP, FPGA, Arm 등의 고성능 프로세서를 활용한 신호처리장치를 도입하였다.
이러한 장치들은 FFT, Wavelet, 통계적 방법 등 다양한 알고리즘을 활용하여 DC 직렬 아크 고장을 탐지하고, 고장 상태와 정상 상태를 구분하였다.
그러나 이러한 접근법은 몇 가지 한계를 가진다.
첫째, 복잡한 신호처리 알고리즘은 고성능의 DSP가 필요하며, 이는 시스템의 전체 비용을 증가시킨다.
둘째, 종래의 단순한 FFT, Wavelet 등의 기법은 외부 노이즈나 스위칭 노이즈에 취약하다.
이로 인해 잘못된 고장 판정이 이루어질 수 있고, 시스템의 안정성을 해칠 위험이 있다.
이러한 한계와 문제를 해결하기 위해, 주기적인 전압 및 전류 파형 모니터링을 통해 아크 고장을 탐지하는 새로운 방법이 필요하게 되었다.
즉, 외부 노이즈와 스위칭 노이즈에 대한 영향을 최소화하고, 신호처리 과정에서 필요한 연산량을 줄일 필요가 발생하였다.
특히, 상기 문제점을 개선하기 위해 패턴 인식을 활용하여 아크 고장의 특성을 분석하고, 기존 방식보다 높은 정확도로 아크 고장을 탐지하며, 시스템의 안정성을 높일 수 있는 새로운 발명이 필요하게 되었다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, PV 패널과 연결되어 AC와 DC 신호를 정밀하게 센싱하고 분석하여 신호의 이상상태 또는 아크 고장을 신속하고 효율적으로 검출하기 위한 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다양한 전압 및 전류기반 고장 검출 알고리즘을 통해 더 높은 정확성과 안정성을 보장하고, PV 시스템과 ESS 등의 다양한 DC 전력시스템에 적용시켜 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고장 발생 시 즉각적인 대응이 가능하여 기존 시스템보다 안전성이 높아지고, 전압 및 전류 노이즈를 증폭하는 Power Filter와 Variable Inductance 및 Capacitance 활용 기술을 통해 아크 고장 시스템의 신속하고 편리한 검출과 분리를 가능하도록 하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 배터리 셀, 모듈, 팩 시스템과 연계되는 DC 시스템과 전기적으로 연결되어 DC 전압, DC 전류, 혹은 DC 전압 및 전류를 센싱하며, 커패시터와 인덕터와 저항들 중 2개 이상의 부품을 복수개 포함하는 센서; 상기 센서에서 센싱한 커패시터의 전압 및 인덕터 전류를 통해 DC 및 AC 값으로 분리하여 아크를 감지하는 AFDD;를 포함하고, 상기 AFDD를 통해 AC 값은 FFT(Fast Fourier Transform)로 주파수 Domain에서의 값을 관측하고, DC 값은 특정 임계값의 전압 Level을 관측한다.
상기 AFDD는 수집된 전압 및 전류 데이터를 저주파 통과 필터 혹은 대역통과 필터를 통해 교류 성분으로 분리하며, 교류 성분의 주파수 도메인에서의 크기 변동을 분석한다.
상기 센서는 수동 소자의 직렬 및 병렬 조합으로 구성되는 필터를 모두 포함한다(예시 : RLC, LC, LCLC, LCL, CLC, LCLCL, 및 CLCLC 등).
상기 센서는 공진주파수 값을 가변적으로 조절하기 위해, 공진점을 변동하기 위한 가변 인덕턴스(Variable Inductance) 및 가변 캐패시턴스(Variable Capacitance);를 포함한다.
상기 AFDD는, 전기 회로에 부착된 센서로부터 AC 및 DC의 데이터를 전송받는 전압 및 전류 센싱부; 상기 수집된 AC를 저주파 통과 필터 혹은 대역통과 필터로 처리하는 필터부; 상기 필터링된 AC 데이터의 주파수 도메인을 분석하여 각 주파수 성분의 크기를 측정하는 주파수 별 크기 측정부; 상기 DC 데이터의 직류 성분(DC Level)의 크기 변동을 측정하는 DC Level 크기 변동 측정부; 상기 직류 성분의 크기 변동이 특정 임계값을 초과하는 경우에 시스템 상태의 변화를 검증하는 임계값 기반 직류 성분(DC Level) 크기 변동 차이에 의한 상태 변화 검증부; 및 상기 주파수 도메인에서의 크기 변동을 분석하여 시스템의 이상 유무를 판단하는 주파수별 크기 변동에 따른 고장 검출부;를 포함한다.
본 발명은 AFDD를 통한 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 이용한 모니터링 방법에 있어서, DC 시스템에 부착된 센서로부터 커패시터의 전압 및 인덕터 전류를 측정하는 단계; 상기 전압 및 전류의 데이터를 수집하여 AFDD로 전송하는 단계; 및 상기 AFDD에서 상기 수집된 전압 및 전류 데이터를 통해 아크를 감지하여 알람하는 단계;를 포함한다.
상기 AFDD에서 상기 수집된 전압 및 전류 데이터를 통해 아크를 감지하여 알람하는 단계;는, 상기 AFDD에서 상기 필터링된 전압 데이터의 직류 성분(DC Level)의 크기 변동을 측정하는 단계; 상기 AFDD에서 상기 직류 성분의 크기 변동이 특정 임계값(Threshold DC Level)을 초과하는 경우에 시스템의 이상 유무를 판단하는 단계;를 포함한다.
상기 AFDD에서 상기 수집된 전압 및 전류 데이터를 통해 아크를 감지하여 알람하는 단계;는, 상기 AFDD에서 상기 수집된 전류 데이터를 저주파 통과 필터 혹은 대역통과 필터로 처리하는 단계; 상기 AFDD에서 상기 필터링된 전류 데이터의 주파수 도메인을 분석하여 각 주파수 성분의 크기를 측정하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 아래와 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 DC 직렬 아크 고장 검출에 대한 효율성과 정확성을 높이고, 전압형 공진형 필터와 고유의 알고리즘을 통해 노이즈 문제를 해결하였다.
둘째, 본 발명은 통상의 기술자에게도 직관적이고 사용하기 쉬운 하드웨어를 제공하여 공진주파수, 인덕터, 캐패시터 등을 설계자의 요구에 따라 쉽게 수정 가능하고, 이는 확장성과 재사용성을 높이는 동시에, 구현 및 적용의 범위를 확장하였다.
셋째, 본 발명은 다양한 전압 및 전류기반 고장 검출 알고리즘을 통해 더 높은 정확성과 안정성을 보장하고, PV 시스템과 ESS 등의 다양한 DC 전력시스템에 적용 가능하다.
넷째, 고장 발생 시 즉각적인 대응이 가능하여 기존 시스템보다 안전성이 높아지고, 전압 및 전류 노이즈를 증폭하는 Power Filter와 Variable Inductance 및 Capacitance 활용 기술은 아크 고장 시스템의 신속하고 편리한 검출과 분리를 가능하게 한다.
도 1은 종래 발명에 따른 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 구현하는 구성요소 간의 관계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 구현하는 구성요소 간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 구현하는 구성요소 간의 관계를 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 구현하기 위한 플로챠트이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 구현하기 위한 플로챠트이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 구현하는 구성요소 간의 관계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 구현하는 구성요소 간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 구현하는 구성요소 간의 관계를 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 구현하기 위한 플로챠트이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 구현하기 위한 플로챠트이다.
상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명을 전체적으로 설명하면, 복수개의 PV 패널(10)로 이루어진 PV 시스템과 전기적으로 연결된 인버터(30)와의 사이에 센서(20)가 설치되며, 인버터(30)를 통해 태양광 발전된 전력이 AC 그리드(40)로 전송된다.
추가적으로, ESS 시스템의 경우에는 배터리의 DC Link와 계통 연계형 인버터 혹은 컨버터 사이에 센서(20)가 설치된다.
또한, DC Link 및 인버터 혹은 컨버터 사이에도 해당 센서가 설치된다.
즉, 상기 센서(20)는 상기 ESS, 배터리 및 PV 패널(10)을 포함하는 DC 전원을 센싱하며, 커패시터와 인덕터와 저항들 중 2개 이상의 부품을 복수개 포함한다.
상기 센서(20)에 연결된 AFDD (Arc Fault Detection Devices; 50);에서 센싱한 커패시터의 전압 및 인덕터 전류를 통해 아크를 감지한다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 AFDD(50)는, 전기 회로에 부착된 센서(20)로부터 AC 및 DC의 데이터를 전송받는 전압 및 전류 센싱부(51); 및 상기 주파수 도메인에서의 크기 변동을 분석하여 시스템의 이상 유무를 판단하는 주파수별 크기 변동에 따른 고장 검출부(56);를 포함한다.
일시예로서 본 발명은 상기 AFDD(50)와 기존 AC 전류 센싱 데이터를 동시에 혼용하여 활용이 가능하다.
따라서 기존 AC 전류 센싱 데이터 또한 크기 변동 및 FFT 혹은 기타 주파수 도메인 분석 방법을 통해 고장을 검출할 수 있다.
상기 AFDD(50)를 통해 AC 값은 FFT(Fast Fourier Transform), Wavelet 등의 주파수 Domain 기반 분석 알고리즘으로 주파수 Domain에서의 값을 관측하고, DC 값은 특정 임계값(Threshold)의 전압 Level을 관측한다.
이 때, PV 패널(10)은 전력을 생산하며 센서(20)에 전력을 공급하고, 센서(20)는 여러 커패시터와 인덕터, 저항 등을 포함한다.
상기 센서(20)는 AFDD(50)에 데이터를 제공하며, AFDD(50)는 이를 분석하여 아크 여부를 판단한다.
특히 AFDD(50)는 주파수 분석 기반 알고리즘(다른 모든 주파수 Domain 기반 검출 포함)을 사용하여 AC 값의 주파수 도메인에서 값을 관측하고, DC 값은 특정 임계값의 전압 Level을 관측함으로 인해 아크 결함을 빠르고 정확하게 감지할 수 있는 장점이 있고, DC 및 AC 데이터의 복합적인 분석을 통해, 다양한 상황에서의 아크 결함을 세밀하게 파악할 수 있다.
상기 AFDD(50)는 수집된 전압 및 전류 데이터를 저주파 통과 필터 혹은 대역통과 필터를 통해 교류 성분으로 분리하며, 교류 성분의 주파수 도메인에서의 크기 변동을 분석한다.
따라서, 저주파 통과 필터 혹은 대역통과 필터와 같은 통과 필터를 이용해 선별적으로 데이터를 분석하므로, 더 정밀한 아크 감지가 가능하고, 교류 성분의 주파수 도메인에서의 크기 변동을 분석하여, 복잡한 전기 회로에서도 정확한 감지가 이루어진다.
상기 센서(20)는 해당 전압형 공진형 필터의 전자기학적 구성인 RLC, LC, LCLC, LCL, CLC, LCLCL, 및 CLCLC 중 하나를 포함한다. (여기에서, R : 저항, C : 커패시터, L : 인덕터)
이 외에도 R||C, R||L, C||L, RLC||R, LCL||R, CLC||R, RLC||C, LCL||C, CLC||C 등의 병렬 조합으로 전압형 공진형 필터로 사용할 수 있다.
이 외에도 RLC 임피던스와 기존 전류 센서를 혼합하여 사용 가능하고, 기존 전류 센서의 데이터 또한 크기 비교 및 주파수 Domain 기반 알고리즘 구현이 가능하다.
따라서, 다양한 전압형 공진형 필터 구성을 통해, 센서(20)의 적용 범위가 확장된다. 이로 인해 다양한 전기 회로 환경에 적용 가능하며, 센싱의 정확성이 향상된다.
상기 센서(20)는 공진주파수 값을 가변적으로 조절하기 위해, 공진점을 변동하기 위한 가변 인덕턴스(Variable Inductance) 및 가변 캐패시턴스(Variable capacitance);를 포함하여, 공진점을 가변적으로 조절하는 기능은 센서(20)의 유연성을 높인다. 따라서 다양한 전기 회로 조건에 적응할 수 있고, 이상 징후를 더욱 정밀하게 감지한다.
도 4에 도시된 바와 같이 상기 AFDD(50)는, 전기 회로에 부착된 센서(20)로부터 AC 및 DC의 데이터를 전송받는 전압 및 전류 센싱부(51); 상기 수집된 AC를 저주파 통과 필터(LPF) 혹은 대역통과 필터(BPF)로 처리하는 필터부(52); 상기 필터링된 AC 데이터의 주파수 도메인을 분석하여 각 주파수 성분의 크기를 측정하는 주파수 별 크기 측정부(53); 상기 DC 데이터의 직류 성분(DC Level)의 크기 변동을 측정하는 DC Level 크기 변동 측정부(54); 상기 직류 성분의 크기 변동이 특정 임계값을 초과하는 경우에 시스템 상태의 변화를 검증하는 임계값(Threshold) 기반 직류 성분(DC Level) 크기 변동 차이에 의한 상태 변화 검증부(55); 상기 주파수 도메인에서의 크기 변동을 분석하여 시스템의 이상 유무를 판단하는 주파수별 크기 변동에 따른 고장 검출부(56);를 포함하여, AFDD(50)의 복수의 구성요소는 각각 다른 유형의 데이터 분석을 수행하여, 아크 결함을 더욱 정확하게 판단한다.
특히, 주파수 도메인과 직류 성분의 크기 변동을 별도로 분석하여, 더욱 세밀한 아크 감지가 가능하다.
이하 도 5에 도시된 바와 같이 AFDD(50)를 통한 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 이용한 모니터링 방법을 자세히 설명한다.
본 발명은 PV 패널(10)에 부착된 센서(20)로부터 커패시터의 전압 및 인덕터 전류를 측정하는 단계; 상기 전압 및 전류의 데이터를 수집하여 AFDD(50)로 전송하는 단계; 상기 AFDD(50)에서 상기 수집된 전압 및 전류 데이터를 통해 아크를 감지하여 알람하는 단계(S30);를 포함한다.
세부적으로 상기 AFDD(50)에서 상기 수집된 전압 및 전류 데이터를 통해 아크를 감지하여 알람하는 단계;는, 상기 AFDD(50)에서 상기 필터링된 전압 데이터의 직류 성분(DC Level)의 크기 변동을 측정하는 단계(S11); 상기 AFDD(50)에서 상기 직류 성분의 크기 변동이 특정 임계값(Threshold DC Level)을 초과하는 경우에 시스템의 이상 유무를 판단하는 단계(S12); 상기 AFDD(50)에서 상기 수집된 전류 데이터를 저주파 통과 필터(LPF) 혹은 대역통과 필터(BPF)로 처리하는 단계(S21); 상기 AFDD(50)에서 상기 필터링된 전류 데이터의 주파수 도메인을 분석하여 각 주파수 성분의 크기를 측정하는 단계(S22);를 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은 전압 및 전류에 의한 AC 및 DC 신호 센싱 단계(S10); 상기 센싱된 AC 및 DC 신호의 전처리 수행(필터링) 단계(S41); 상기 AC 신호 기반 FFT 또는 주파수 기반 신호 처리 단계(S42); 상기 DC 신호 기반 신호 측정 단계(S51); 상기 DC 신호 기반 신호의 전압 및 전류의 급변 측정 단계(S52); 상기 AC 및 DC 신호의 비교 단계(S43); 상기 신호 비교에 의한 고장 검출 단계(S60);를 포함한다.
구체적으로 살펴보면, 상기 전압/전류 센싱 단계(S10)는 전력 시스템의 전압과 전류를 직접 측정한다. 이 단계에서 측정된 데이터는 신호 처리 및 분석을 위한 기초 정보로 사용된다.
상기 전처리 수행(필터링) 단계(S41)는 측정된 전압과 전류 신호에서 노이즈를 제거한다. 불필요한 고주파 성분이나 잡음을 저주파 통과 필터(LPF) 혹은 대역통과 필터(BPF)로 제거함으로써 분석의 정확성을 높인다.
상기 AC 신호 기반 FFT 또는 주파수 기반 신호 처리 단계(S42)는 필터링된 AC 신호를 주파수 도메인으로 변환한다. 이는 주파수 스펙트럼 분석을 통해 시스템의 다양한 특성을 분석하는 데 사용된다.
상기 DC 신호 기반 신호 측정 단계(S51)는 필터링된 DC 신호의 진폭을 측정한다.
상기 DC 신호 기반 신호 급변 측정(전압 및 전류) 단계(S52)는 DC 신호에서 급격한 변화를 감지한다. 이러한 급변은 시스템의 이상 상태를 미리 감지하는 데 활용될 수 있다.
상기 정상상태 및 이상상태 신호 비교 단계(S43)는 정상 상태와 이상 상태에서의 신호를 서로 비교한다. 이 때, AC 및 DC 신호는 시스템의 상태를 판단하는 중요한 지표로 작용한다.
상기 고장 검출 단계(S60)는 위에서 언급한 AC 및 DC 신호의 모든 측정과 분석을 종합하여 시스템의 고장 유무를 판단한다. 판단 기준은 미리 설정된 임계값이나 알고리즘에 따라 달라질 수 있다.
10 : PV 패널
20 : 센서
30 : 인버터
40 : AC 그리드
50 : AFDD
51 : 전압 및 전류 센싱부
52 : 필터부
53 : 주파수 별 크기 측정부
54 : DC Level 크기 변동 측정부
55 : 상태 변화 검증부
56 : 고장 검출부
20 : 센서
30 : 인버터
40 : AC 그리드
50 : AFDD
51 : 전압 및 전류 센싱부
52 : 필터부
53 : 주파수 별 크기 측정부
54 : DC Level 크기 변동 측정부
55 : 상태 변화 검증부
56 : 고장 검출부
Claims (8)
- DC 전원, 인버터 혹은 컨버터의 DC 기반 전력기기들의 조합을 모두 포함하는 DC 시스템(10)과 전기적으로 연결되어 센싱하며, 커패시터와 인덕터와 저항들 중 2 개 이상의 부품을 복수개 포함하는 센서(20);
배터리 셀, 모듈, 팩 시스템, ESS와 연계되는 DC 시스템과 전기적으로 연결되어 DC 전압, DC 전류, 혹은 DC 전압 및 전류를 센싱하며, 커패시터와 인덕터와 저항들 중 2 개 이상의 부품을 복수개 포함하는 센서(20);
상기 센서에서 센싱한 커패시터의 전압 및 인덕터 전류를 통해 DC 및 AC 값으로 분리하여 아크를 감지하는 AFDD (Arc Fault Detection Devices; 50) ;를 포함하고,
상기 AFDD를 통해 AC 값은 FFT(Fast Fourier transform), Wavelet을 포함하는 주파수 Domain 기반 분석 알고리즘으로 주파수 도메인(Domain)에서의 값을 관측하고, DC 값은 특정 임계값(Threshold)의 전압 레벨(Level)을 관측하여 아크를 감지하면 알람하는 것을 특징으로 하는 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 AFDD는 수집된 전압 및 전류 데이터를 저주파 통과 필터 혹은 대역통과 필터를 통해 교류 성분으로 분리하며, 교류 성분의 주파수 도메인에서의 크기 변동을 분석하는 것을 특징으로 하는 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 센서는 해당 전압형 공진형 필터의 전자기학적 구성인 RLC, LC, LCLC, LCL, CLC, LCLCL, CLCLC의 직렬 조합 또는 R||C, R||L, C||L, RLC||R, LCL||R, CLC||R, RLC||C, LCL||C, CLC||C 의 병렬 조합 중 하나를 포함하는 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치.
(여기에서, R : 저항, C : 커패시터, L : 인덕터) - 청구항 1에 있어서,
상기 센서는 공진주파수 값을 가변적으로 조절하기 위해, 공진점을 변동하기 위한 가변 인덕턴스(Variable Inductance) 및 가변 캐패시턴스(Variable capacitance);를 포함하는 것을 특징으로 하는 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 AFDD(50)는,
전기 회로에 부착된 RLC 기반의 임피던스에서 받는 전압 및 전류와 DC Line에 바로 연결되는 AC 및 DC 전류/전압 센서로부터 AC 및 DC의 데이터를 전송받는 전압 및 전류 센싱부(51);
상기 전송된 AC를 저주파 통과 필터(LPF) 혹은 대역통과 필터(BPF)로 처리하는 필터부(52);
상기 필터링된 AC 데이터의 주파수 도메인을 분석하여 각 주파수 성분의 크기를 측정하는 주파수 별 크기 측정부(53);
상기 DC 데이터의 직류 성분(DC Level)의 크기 변동을 측정하는 DC Level 크기 변동 측정부(54);
상기 직류 성분의 크기 변동이 특정 임계값을 초과하는 경우에 시스템 상태의 변화를 검증하는 임계값(Threshold) 기반 직류 성분(DC Level) 크기 변동 차이에 의한 상태 변화 검증부(55); 및
상기 주파수 도메인에서의 크기 변동을 분석하여 시스템의 이상 유무를 판단하는 주파수별 크기 변동에 따른 고장 검출부(56);를 포함하는 것을 특징으로 하는 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치. - AFDD를 통한 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 이용한 모니터링 방법에 있어서,
DC 시스템에 부착된 센서로부터 커패시터의 전압 및 인덕터 전류를 측정하는 단계;
상기 전압 및 전류의 데이터를 수집하여 AFDD로 전송하는 단계;
상기 AFDD에서 상기 수집된 전압 및 전류 데이터를 통해 아크를 감지하여 알람하는 단계;를 포함하는 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 이용한 모니터링 방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 AFDD에서 상기 수집된 전압 및 전류 데이터를 통해 아크를 감지하여 알람하는 단계;는,
상기 AFDD에서 필터링된 전압 데이터의 직류 성분(DC Level)의 크기 변동을 측정하는 단계(S11);
상기 AFDD에서 상기 직류 성분의 크기 변동이 특정 임계값(Threshold DC Level)을 초과하는 경우에 시스템의 이상 유무를 판단하는 단계(S12);를 포함하는 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 이용한 모니터링 방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 AFDD에서 상기 수집된 전압 및 전류 데이터를 통해 아크를 감지하여 알람하는 단계;는,
상기 AFDD에서 상기 수집된 전류 데이터를 저주파 통과 필터(LPF) 혹은 대역통과 필터(BPF)로 처리하는 단계(S21);
상기 AFDD에서 상기 필터링된 전류 데이터의 주파수 도메인을 분석하여 각 주파수 성분의 크기를 측정하는 단계(S22);를 포함하는 AC 및 DC 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치를 이용한 모니터링 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230160799A KR102656903B1 (ko) | 2023-11-20 | 2023-11-20 | Ac 및 dc 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치 및 이를 이용한 모니터링 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230160799A KR102656903B1 (ko) | 2023-11-20 | 2023-11-20 | Ac 및 dc 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치 및 이를 이용한 모니터링 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102656903B1 true KR102656903B1 (ko) | 2024-04-12 |
Family
ID=90679875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230160799A KR102656903B1 (ko) | 2023-11-20 | 2023-11-20 | Ac 및 dc 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치 및 이를 이용한 모니터링 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102656903B1 (ko) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060226852A1 (en) * | 2003-12-22 | 2006-10-12 | Ross Mernyk | Arc fault detector |
| KR20110016788A (ko) * | 2009-08-12 | 2011-02-18 | (주)화백엔지니어링 | 아크 검출장치 및 방법 |
| KR101307016B1 (ko) | 2006-03-29 | 2013-09-11 | 센사타 테크놀로지스 매사추세츠, 인크. | 연속 아킹 기간에 특징이 있는 아크 결함 검출방법 |
| KR20140033768A (ko) * | 2012-09-10 | 2014-03-19 | 삼성전자주식회사 | 아크 결함 검출 장치, 그를 가지는 전기기기 및 그 제어 방법 |
| US20180219394A1 (en) * | 2017-01-31 | 2018-08-02 | Omron Corporation | Arc detection apparatus |
| KR102148711B1 (ko) * | 2020-06-09 | 2020-08-28 | 김응석 | 아크 감지 시스템 및 방법 |
| KR20220094075A (ko) * | 2020-12-28 | 2022-07-05 | 주식회사 이엘티 | 노이즈에 강한 아크 검출 알고리즘이 적용된 아크 검출 장치 |
| KR102488790B1 (ko) * | 2022-09-28 | 2023-01-18 | 한국에너지솔루션 주식회사 | Ess 아크 고장 검출 장치 및 방법 |
-
2023
- 2023-11-20 KR KR1020230160799A patent/KR102656903B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060226852A1 (en) * | 2003-12-22 | 2006-10-12 | Ross Mernyk | Arc fault detector |
| KR101307016B1 (ko) | 2006-03-29 | 2013-09-11 | 센사타 테크놀로지스 매사추세츠, 인크. | 연속 아킹 기간에 특징이 있는 아크 결함 검출방법 |
| KR20110016788A (ko) * | 2009-08-12 | 2011-02-18 | (주)화백엔지니어링 | 아크 검출장치 및 방법 |
| KR20140033768A (ko) * | 2012-09-10 | 2014-03-19 | 삼성전자주식회사 | 아크 결함 검출 장치, 그를 가지는 전기기기 및 그 제어 방법 |
| US20180219394A1 (en) * | 2017-01-31 | 2018-08-02 | Omron Corporation | Arc detection apparatus |
| KR102148711B1 (ko) * | 2020-06-09 | 2020-08-28 | 김응석 | 아크 감지 시스템 및 방법 |
| KR20220094075A (ko) * | 2020-12-28 | 2022-07-05 | 주식회사 이엘티 | 노이즈에 강한 아크 검출 알고리즘이 적용된 아크 검출 장치 |
| KR102488790B1 (ko) * | 2022-09-28 | 2023-01-18 | 한국에너지솔루션 주식회사 | Ess 아크 고장 검출 장치 및 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8310242B2 (en) | Circuit arrangement and method for insulation monitoring for inverter applications | |
| EP2660961B1 (en) | Power converter resonance detection apparatus and method | |
| CN102939463B (zh) | 检测泵中的汽蚀的系统和方法 | |
| EP2439827B1 (en) | System for detection of a ground fault in a high resistance ground network | |
| CN104221400B (zh) | 用于检查声换能器的方法与系统 | |
| EP2857850B1 (en) | HRG ground fault detector and method | |
| US11404999B2 (en) | Method for detecting a contact fault in a photovoltaic system | |
| CN109596956B (zh) | 直流串联电弧检测方法及装置 | |
| RU2640796C2 (ru) | Способ и устройство контролирования, по меньшей мере, одного электронного коммутационного контакта транспортного средства | |
| CN111398750B (zh) | 电弧识别方法和用于电弧识别的系统 | |
| CN111983400A (zh) | 主动式光伏组串直流电弧故障检测和故障定位系统及方法 | |
| McGrew et al. | Condition monitoring of DC-link capacitors using time–frequency analysis and machine learning classification of conducted EMI | |
| KR102656903B1 (ko) | Ac 및 dc 신호 정보를 이용한 아크 결함 감지 장치 및 이를 이용한 모니터링 방법 | |
| WO2014098800A1 (en) | Method and apparatus for detecting failed capacitors in power devices | |
| KR20220145582A (ko) | 화재 위험도 예측을 위한 아크 감지기 및 이의 동작 방법 | |
| CN108957299A (zh) | 一种基于输出信号采集的串联多电平变频器逆变电路故障检测系统 | |
| JPH0945537A (ja) | 高電圧機器の絶縁状態監視装置 | |
| KR101877883B1 (ko) | 고장 예측 기능을 구비한 노이즈제거필터 | |
| KR100550360B1 (ko) | 전력변환장치의 상태 진단장치 | |
| JP2012098133A (ja) | 異常検知装置、異常検知方法、及び異常検知プログラム | |
| US7589537B1 (en) | Device and method of monitoring ground connection of moving equipment with insulative bearing arrangement | |
| CN217717991U (zh) | 一种电弧检测装置、电弧检测系统及电弧检测电路 | |
| CN113985235B (zh) | 分布式电弧检测系统、具有其的光伏系统及电弧检测方法 | |
| US20220413063A1 (en) | Apparatus, methods and computer-readable media for detection of loose connections in an electrical assembly | |
| CN114280440B (zh) | 一种光伏直流电弧故障识别装置、识别方法及光伏系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GRNT | Written decision to grant |