KR20010052843A - 전력계에서 주파수 보상에 대한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 AC 신호(전압과 전류)의, 기본적인 주파수의 고조파 및 다른 주파수들의 용량을 결정하기 위해서 신호를 측정하는 전력계의 능력을 개선하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 선 주파수는 주파수-의존적인 매개변수를 측정하거나 주파수 의존적인 매개변수를 결정하기에 앞서 결정되고 보상된다.

Description

전력계에서 주파수 보상에 대한 시스템 및 방법{System and Method for Frequency Compensation in an Energy Meter}

교류 전압 및 전류를 통한 대량 에너지의 전송은 어떤 표준 주파수, 일반적으로는 50 혹은 60 Hz에서 본질적으로 수행된다. 역사적으로, 표준 선 주파수에서 작은 변동은 전기기계적 전력량 측정에서는 관심거리가 아니었다. 전기기계적 계측기는 전력량 혹은 위상전위 변압기를 이용하는 무효전력량 같은 기본적인 측정기준에 제한되었고, 결과의 정확성은 일반적으로 주파수에 의존하지 않았다.

최근 공공시설 산업의 최근의 규제완화는 전력의 효율적인 분배 및 감시를 용이하게 하는 제품의 시장을 생성하였다. 과거에는, 공공시설 사업체는 분배 시스템에서 전력을 감시하고 조정하는 적당한 정보를 제공하지 않는 기간시설을 만들었다.

선 주파수를 감시하는 한 이유는 공공시설의 전력시스템에 대한 고조파의 정확한 측정에 관한 증가된 관심과 걱정 때문이다. 역사적인 측정 방법들은 고조파에 대해서 단지 약간의 관심만 가졌으나, 오늘날 관심은 공공시설 시스템에 고조파를 발생하는 사용자의 부하의 증가 때문에 훨씬 높다. 이러한 고조파는 변압기에 대한 VA 부하가 예상보다 높아지게 할 뿐만 아니라 고조파 전력이 공공시설 시스템에서 실제로 제거될 때 사용자의 비용은 실제로 내려가게 할 수 있다. 주파수 보상은 전압 혹은 전류 신호에 대한 고조파의 양의 정확한 측정치를 얻는데 바람직하다.

과거 몇 년 동안, 전력 계측기는 아날로그-디지털 변환기(ADCs) 및 디지털 처리로, 보다 디지털 세상으로 움직였다. 보다 최근에는, 디지털 전기 계측기는 사용자가 한 전압에서 다른 전압으로의 위상각, 전류에서 전압으로의 위상각, 위상에 대한 역률, 위상에 대한 전압, 위상에 대한 전류, 위상에 대한 전압 고조파, 위상에 대한 전류 고조파, 위상 및 시스템에 대한 전력, 위상 및 시스템에 대한 전압-전류(VAs), 위상 및 시스템에 대한 무효전류(VARs), 및 위상전압 및 전류에 대한 전체 고조파의 왜곡 같은 거의 순간적인 계측 값을 읽을 수 있게 하는 부가적인 계기 부분을 포함하기 시작했다. 고려되어야 할 한 문제는 특별히 위상에 대한 전압 및 전류 고조파 같은 값들에 대한 주파수 의존성 문제이다.

디지털 계측기들은 고정된 시간 간격들에서 표본들을 반복해서 처리하고, 그리고 몇몇 양들은 한번에 한 조의 표본으로부터 계산될 수 있더라도, 다른 양들은 바람직하게 하나 혹은 그 이상의 선 순환 주기들에 걸쳐 평균된다. 하나의 고정된 표본 추출율은 선 순환 주기에 대한 하나의 고정된 수의 표본들을 의미하기 때문에, 결과들은 잘못된 결과를 피하기 위해서 일반적으로 선 주파수의 변동에 대해서 보상된다. RMS 전압, RMS 전류, 및 볼트-암페어(Volt-Ampere(VA)) 겉보기 에너지를 조정하는 전형적인 수단은 신호의 영 교차를 검출하는 것 및 융통성 있는 주기동안 발생한 표본들의 수로 그 결과들을 평균하는 것이다. 그러나, 고조파 같은 보다 복잡한 계산들은 측정 및 중간의 계산들이 수행된 후 전체적으로 보상될 수 없다.

본 발명은 전력계에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 에너지 계측기에 공급되는 전력 공급에서 주파수 변동에 대한 보상을 하는 시스템을 가진 전력 계에 관한 것이다.

발명의 요약

본 발명은 다른 주파수 및 기본 주파수의 고조파, AC 신호의 고조파 및 특정 주파수의 전압과 전류의 곱으로부터의 에너지(전력, VAR, 및 VA)의 용량을 결정하기 위해서 신호를 측정하는 전기 계측기의 능력을 개량하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 선 주파수는 주파수-의존적 매개변수 측정을 수행하기에 앞서 혹은 주파수-의존적 매개변수를 결정하기에 앞서 결정되고 보상된다.

본 발명의 범위내의 한 구체화에서, 어떤 서비스 형태로 에너지 계측기에 공급된 전력에서 주파수 변동을 보상하는 방법이 제공되며, 전력의 주파수를 측정하는 단계; 양의 영 교차를 갖는 참조 파형을 선택하는 단계; 참조 파형과 이상적인 주파수를 갖는 두 개의 이상적인 파형을 동기하는 단계; 입력 신호 파형을 얻는 단계; 입력 신호 파형 안에서 이상적인 주파수의 신호의 크기를 결정하는 단계; 및 입력 신호 파형 안에서 이상적인 주파수의 신호의 각을 결정하는 단계를 포함한다. 결과적인 양들은 개개 신호의 원하지 않는 고조파를 전형적으로 측정하기 위해서 뿐만 아니라 다른 왜곡된 신호의 기본파 사이의 각도를 결정하기 위해서 사용될 수 있다.

본 발명의 상기된 것 및 다른 측면들은 동반하는 도면과 함께 고려되었을 때 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

도면의 간단한 설명

도 1은 바람직한 예의 계측기의 기능적 구성요소 및 본 발명에 따른 접촉면을 보여주는 블럭 구성도이다; 그리고 도 2A 및 2B는 본 발명에 따른 바람직한 예의 DFT(discrete fourier transform) 방법을 보여준다.

발명의 상세한 설명

본 발명은 다른 주파수, 및 기본 주파수의 고조파, AC 신호(전압 및 전류)의 고조파의 용량을 결정하기 위해서 신호를 측정하는 전기 계측기의 능력을 개량하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 선 주파수는 주파수-의존적 매개변수 측정을 수행하거나 혹은 주파수-의존적 매개변수를 결정하기에 앞서 결정되고 보상된다.

대부분 최근의 반도체 장치를 이용한 에너지 계측기는 세 다른 위상 중 하나의 전압 및 전류 신호를 표본추출하고, 그리고 비용 청구를 위한 양들을 일반적으로 발생시키기 위해 그것들을 처리한다(전력량, 무효전력량 혹은 외관상전력량 같은). 그들은 또한 다양한 계기량들을 결정할 수 있게 되었다. 보강적인 것으로서, 이러한 계측기들은 또한 전자 계측기 자체의 외부 배선의 유효성, 및 고조파 같은 다른 특별한 매개변수를 결정하기 위해서 이러한 양들을 처리할 수 있다.

본 발명에 따라서, 선 주파수 변동 검출 및 보상에 대한 시스템 및 방법은 도면을 참조하여 설명될 것이다. 그러한 도면에 대한 여기에서 주어진 설명이 단지 바람직한 예의 목적이고 어떤 방법으로든 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아님을 이 분야의 통상의 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 검출 방법 및 시스템의 바람직한 구체적인 예의 설명 동안, 본보기 계측기는 본 발명을 설명하기 위해서 사용된다. 그러나 그와 같은 본보기들은 단지 본 발명의 방법 및 시스템을 명확하게 설명하는 목적을 위한 것이고 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 더욱이 적용 예들이 특별한 전력계와 함께 본 발명이 채용되는 설명 전체에 걸쳐 사용된다. 계측기가 본 발명을 제한하려는 것이 아니라는 것은, 본 발명이 동등하게 다른 계측기 시스템에 적용될 수 있기 때문이다.

본 발명은 단상 혹은 다상 전력과 관련해서 선 주파수 변동 검출 및 보상 특징들을 제공한다. 도 1은 본보기 계측기의 기능적 구성요소 및 본 발명이 적용되는 접촉면들을 보여주는 블럭 구성도이다. 계측기는 1997년 10월 16일 출원된 PCT 출원 제PCT/US97/18547호 "ENERGY METER WITH POWER QUALITY MONITORING AND DIAGNOSTIC SYSTEMS"에 개시되어 있고 여기에서 참고로 설명된다.

도 1에 보여지는 것처럼 삼상 전력을 계측하기 위한 계측기는 바람직하게 디지털 화면(30), 바람직하게 A/D 변환기 및 프로그램 가능한 DSP, 및 마이크로컨트롤러(16)를 포함한 계측 집적회로(IC)(14)를 포함한다.

에너지 공급자의 발전기와 전기 에너지 사용자 사이의 전력 분배선으로 전파하는 아날로그 전압 및 전류 신호는 분압기(12A),(12B),(12C) 및 전류 변환기 혹은 각각의 션트(shunt)(18A),(18B),(18C)에 의해서 전달된다. 저항 분압기(12A-12C) 및 전류 변압기(18A-18C) 혹은 감지된 전압 및 전류 신호의 출력은 계측기 IC(14)에 입력으로 제공된다. 계측기 IC(14)의 A/D 변환기는 감지된 전압 및 전류를 아날로그 전압 및 전류 신호의 디지털 표현으로 변환한다. 바람직한 구체적인 예에서, A/D 변환은 ABB Power T ＆ D Company에 양도된, 1996년 8월 6일자 미국특허 제5544089호, 명칭 "PROGRAMMABLE ELECTRICAL METER USING MULTIPLEXED ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTERS"에 개시된 것처럼 수행된다. 디지털 전압 및 전류 표현은 IIC 버스(bus)(36)를 통해 마이크로컨트롤러(16)로 입력된다.

마이크로컨트롤러는 계측기 IC(14) 및 IIC 버스(36)를 통해서 하나 혹은 그 이상의 기억장치와 접촉한다. 기억장치, 바람직하게 EEPROM(35)같은 불휘발성 기억장치가 표준 위상 전압 및 전류 및 한계치 데이터뿐만 아니라 프로그램 및 프로그램 데이터를 저장하기 위해서 제공된다. 설치 후 전력을 올리고 전력 실패 혹은 통신을 바꾸는 데이터, 예를 들어 EEPROM(35)안의 선택된 데이터는 도 1에 보이는 계측기 IC(14)안에 결합된 프로그램 RAM 혹은 데이터 RAM에 저장될 수 있다. 마이크로컨트롤러의 통제아래에서 DSP는 각각 프로그램 RAM 및 데이터 RAM 안에 전송되어 저장된 프로그램 및 데이터에 따라서 디지털 전압 및 전류 신호를 처리한다.

선 주파수 측정 및 보상을 수행하기 위해서 계측기 IC(14)는 예를 들어 두 선 순환에 걸친 선 주파수를 감시한다. 선 순환의 수는 바람직하게 프로그램 될 수 있고 선 순환의 다른 수는 예정된 측정을 위해서 사용될 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.

설치 때에 파워 업(power up)에 이어서 서비스 시험이 전기 서비스를 확인하고 혹은 검사하기 위해서 수행될 수 있다. 계측기는 예정된 서비스를 위해서 프로그램 될 수 있거나 혹은 서비스 시험을 사용하는 서비스를 결정할 수 있다. 서비스 시험이 전기 서비스를 확인하기 위해 사용될 때 초기 결정은 능동 요소의 수로 만들어진다. 이 목적을 위해서 각각 요소(즉, 1, 2, 혹은 3 요소들)는 전압에 대해서 검사된다. 일단 요소들의 수가 확인되면 많은 서비스 형태가 가능한 서비스 형태의 목록에서 제거될 수 있다. 위상에 상대적으로 전압 위상 각은 계산될 수 있고 남아있는 가능한 서비스에 대해서 abc 혹은 cba 회전에 대한 각각의 위상에 비교될 수 있다. 만약 유효한 서비스가 위상각 비교로부터 발견되면 서비스 전압은 바람직하게 각 위상에 대한 RMS 전압 측정을 확인된 서비스에 대한 표준 위상 전압과 비교하여 결정될 수 있다. 만약 표준 서비스 전압이 수용될 수 있는 인계 범위내의 값을 측정한다면 유효한 서비스는 확인되고 위상회전, 서비스 전압 및 서비스 형태는 바람직하게 표시된다. 서비스는 고정될 수 있는데 즉 서비스 정보가 바람직하게 불휘발성 기억장치, EEPROM 같은 기억장치에 수동으로 혹은 자동으로 저장된다. 서비스 형태는 4-배선 와이(wye), 3-배선 와이, 4-배선 델타(delta), 3-배선 델타, 혹은 단상을 포함한다.

서비스 형태가 미리 알려지고 고정되었을 때 서비스 시험은 바람직하게 각 요소는 위상 전위를 받고있는 것과 위상 각이 알려진 서비스에 대한 표준 위상 각의 미리 결정된 퍼센트 안에 있는 것을 확인하기 위해 검사한다. 위상에 대해 전압은 또한 측정되고 표준 위상 전압의 미리 정의된 인계 범위 안에 있는지를 결정하기 위해서 표준 서비스 전압과 비교된다. 만약 전압 및 위상 각이 특정 범위 내에 있다면 위상 회전 서비스 전압 및 서비스 형태가 계측기 화면에 표시된다. 만약 유효한 서비스가 발견되지 않거나 혹은 예정된 서비스의 서비스 시험이 실패하면 유효하지 않은 서비스를 표시하는 시스템 에러 코드를 표시되며 실패가 알려지고 에러를 고치기 위해서 평가되는 것을 확실하게 하기 위해서 화면에 고정된다.

도 1의 계측기는 또한 광 포트(40) 및 혹은 선택사항 컨넥터(38)를 통해서 원격 계측기 검침, 원격 전력 품질 감시, 및 재프로그램을 갖춘다. 광 통신이 광 포트(40)와 연결하여 사용될 수 있더라도 선택사항 컨넥터(38)가 RF 통신 혹은 예를 들어 모뎀을 통한 전기적 통신을 위해 변경될 수 있다.

본 발명에 따른 선 주파수 검출 및 보상을 수행하는 시스템은 바람직하게 그 와 같은 동작이 데이터 테이블을 올바로 프로그램함으로써 가능하게 되는 펌웨어(firmware)에 설치된다. 그러나 본 발명의 시스템은 소프트웨어를 이용하는 일반적인 용도의 컴퓨터 혹은 오로지 특별한 용도의 하드웨어, 혹은 이 둘의 조합에 설치될 수 있다.

계측기가 연결된 서비스 형태는 위에서 설명되었듯이 결정된다. 서비스 형태가 결정된 후 위상에 대한 전압 크기가 검사된다. 만약 위상에 대한 전압 크기가 모든 위상에 대해서 허락되는 범위에 들어오면 그때 표준 서비스 전압이 결정된다. 유효한 형태 및 그 형태의 유효한 표준 서비스 전압의 결정은 유효한 서비스의 검출을 정의한다.

전압 대 전압 위상 각도는 서비스 형태의 결정에 사용된다. 위상각 결정은 유사한 전압 영 교차 사이의 표본을 세는 것을 포함하는 다수의 다른 방법에서 수행될 수 있거나 흥미 있는 위상전압 중 하나와 흥미 있는 다른 전압에 의해서 유발된 이상적인 신호 사이의 푸리에 적분(Discrete Fourier Transform)을 함으로써 수행될 수 있다. 두 개의 사인파(sinusoidal) 사이의 위상각을 측정하는 대부분의 기술은 주파수-의존적이다. 그래서 계측기가 연결된 서비스 형태의 결정은 주파수-의존적 결정의 보기이다.

전력계가 고정된 시간 간격에서 불연속적인 표본추출을 한다고 가정하면 각 표본 사이의 동등한 각도는 직접적으로 선 주파수에 비례한다. 선 주파수에 대한 이 비례성은 위에서 설명된 두 방법에서 주파수 보상이 사용되지 않으면 전압 대 전압 위상 각 측정에서 에러를 발생한다.

주파수 보상을 수행하기 위해서 현재의 주파수는 바람직하게 알려진다. 계측기가 알려진 불연속 시간 간격에서 신호들을 표본추출하고 있는 것이 알려졌을 때 영 교차 같은 사이의 표본들의 수를 세는 것은 현재의 선주파수를 결정하는 방법으로서 사용될 수 있다. 하나 이상의 선 순환이 만약 선 순환에 대한 표본들의 평균수가 계산되어 졌다면 사용될 수 있다. 선 순환들의 어떤 정수도 사용될 수 있으나 선 순환의 수가 더 클수록 현재의 선 주파수의 값은 더 정확하다.

푸리에 적분(DFT)의 사용

본 발명에 따른 선 주파수의 변동에 대한 보상하는 방법의 예는 도 2A 및 2B에 나타난다. 푸리에 적분은 하나의 입력 신호에서 하나의 특별한 주파수 신호의 내용을 결정하기 위해서 사용된다. 그 하나의 특별한 주파수는 이상적인 주파수로서 여기에서 언급될 것이다. 참조 파형은 또한 아래에서 설명되는 이상적인 파형들과 동기시키기(synchronize) 위해서 사용된다. 입력 신호는 입력 파형으로서 여기에서 언급될 것이고, 그 것은 하나의 기본 주파수로 구성될 수 있으며, 그것의 고조파의 어떤 수로도 구성될 수 있다.

아래에서 보다 자세히 설명되는 것처럼 푸리에 적분은 동일한 이상적인 주파수의 두 개의 이상적인 파형들과 입력 파형을 곱하는 것으로 결정된다. 하나의 이상적인 파형은 다른 이상적인 파형에 대해서 90도의 위상차가 있다; 즉 하나의 이상적인 파형은 동상 성분이고 다른 이상적인 파형은 이상 성분이다. 그 입력 파형은 그 두 개의 이상적인 파형들에 의해서 각각 곱해진다. 바람직한 디지털 표본 추출 수행에 있어서 그 곱은 완전한 선 순환의 프로그램되는 수 Ｘ 에 대해서 각각 평균될 수 있다. 단일 선 순환은 설명을 간단하게 하기 위한 여기의 설명에서 사용되며 그러나 동일한 개념이 다중의 선 순환들에 대해서 평균하는 용도에 적용한다.

두 개의 실시간 신호의 기본 주파수 사이의 위상 각을 정확하게 결정하는 것이 바람직하다. 푸리에 적분을 이용하여 위상 각을 정확하게 결정하기 위해서 실제 선 주파수는 두 개의 이상적인 파형의 이상적인 주파수로서 사용되며 두 개의 이상적인 파형들은 그 참조 파형에 동기화된다. 그 참조 파형은 분석되지 않을 것이고 단지 참조로서 사용될 것이라는 것에 주목하여야만 한다.

만약 실제 선 주파수가 알려지지 않고 표준 주파수와 다르고 그리고 두 개의 이상적인 파형이 표준 선 주파수라면 그 때 결과는 실제 각도와 비교하면 잘못된 것일 것이다. 부가적으로, 주파수 동기화 문제는 또한 계산된 크기에 있어서 실제 크기와 비교하면 에러(error)를 유발한다.

더군다나 디지털 표본 추출 시스템은 하나의 이상적인 파형을 실시간 반복적인 파형에 참조하거나 혹은 동기화 하는 것이 몇몇 문제들을 제기한다. 동기화에서 어떤 에러는 합성 위상각의 값에서 직접적인 에러로 바뀐다. 반복적인 참조 파형의 한 참조 점은 영 교차이다. 영 교차들은 두 개의 연속적인 표본들의 곱을 계산하여 결정된다. 만약 그 곱이 양수이면 그 때 영 교차는 일어나지 않는다. 만약 그 곱이 음수이고 첫 번째 표본이 양수였다면 음의 영 교차가 발생했다. 만약 그 곱이 음수이고 첫 번째 표본이 음수였다면 양의 영 교차가 발생했다.

고조파의 위상각에서 변동은 그 영 교차가 기본 주파수의 0도 점에서 정확하게 일어나지 않게 한다. 실제적용에 있어서 전압은 일반적으로 기본적인 전압에 의해서 지배되고 영 교차 각 위치의 작은 변동은 중요한 차이를 만들지 않는다. 목적은 이상적인 파형을 그 참조 파형에 동기화 하는 것이다. 그러나 만약 이상적인 파형이 영 교차가 실제 표본 데이터에 보일 때까지 시작되지 않는다면 그 이상적인 파형은 하나의 표본 시간만큼 실제 파형에 뒤질 수 있다.

상기의 문제들을 해결하기 위해서 몇몇 방법들이 채용될 수 있다. 현재의 선 주파수를 아는 것은 표준 선주파수로부터 선주파수의 문제를 보상하기 위해서 사용될 수 있다. 현재의 선 주파수를 아는 것은 어떤 주파수-의존적인 양을 측정하기 바로 전에 현재의 선주파수를 측정함으로써 성취되거나 주기적으로 현재의 선주파수를 측정하고 그 것의 평균값을 저장함으로써 성취될 수 있다. 상기 첫 번째 방법은 측정이 필요할 때 오래 걸리지만 측정의 실제 시간에 가까운 검출된 선주파수를 가지고 또한 연속적인 기반에서 평균 선주파수를 결정하는 두 번째 방법과 비교하면 더 작은 기억 용량을 사용한다. 그러므로 (먼저 주파수 측정을 하는데 요구되는 부가적인 시간 없이) 단지 측정만이 필요하기 때문에 평균하는 방법은 선주파수의 보다 긴 평균화로부터 개선된 정확성 및 속력에서 개선을 보인다.

전력선 주파수는 일반적으로 큰 양으로 변화지 않으며 일반적으로 매우 빠르지 않다. 그래서 바람직한 실시는 위에서 언급된 첫 번째 방법을 약간 변경하여 사용한다. 이 방법에서 모든 주파수-의존적인 다수의 측정이 있을 수 있다. 이러한 측정들은 군으로 되어 그것들은 각각 다른 것의 측정 후 가능한 빨리 측정되며 단일 선 주파수 측정은 각각의 푸리에 적분 측정에 대해서 두 개의 이상적인 파형을 발생하는 이상적인 주파수로서 사용된다.

(101) 단계에 앞서 계측의 요청은 실제 선 주파수를 결정하기 위해서 마이크로컨트롤러(16)로부터 계측기 IC(14)로 만들어진다. 그때 단계(101)에서 보상된 선 주파수 요청은 표본에서 사용되는 선 순환의 수 X 와 함께 마이크로컨트롤러(16)로부터 계측기 IC(14)에 의하여 받게된다. (105) 단계에서 참조 신호가 표본 추출된다. (109) 단계에서 참조 파형은 그것이 영 교차에서 인지 여부를 결정하기 위하여 검사된다. 만약 아니라면 참조 파형의 다른 표본이 (105) 단계에서 얻어진다.

만약 참조 파형의 양의 영 교차가 단계(109)에서 검출된다면 그때 이상적인 파형은 단계(113)에서 동기화 되고 초기화된다. 순환 하향 계수기(cycle down counter)는 단계(117)에서 추출될 선 순환의 수에 설정된다. 가산 누산기 (1) 및 (2) 및 표본 계수기는 단계(121)에서 초기화된다. 입력 파형의 표본은 단계(125)에서 얻어진다. 입력 파형은 단계(129)에서 동상의 이상적인 파형으로 곱해지고 그 곱은 동상의 가산 누산기에 더해진다. 그 입력 파형은 이상의 이상적인 파형에 의하여 곱해지고 그 곱은 이상 가산 누산기에 더해진다.

단계(137)에서 표본 계수기는 증가하고 단계(141)는 양의 영 교차가 일어났는지 결정하기 위하여 참조 파형을 표본 추출한다. 만약 참조 파형이 양의 영 교차에 있지 않다면 입력 파형의 다른 표본이 얻어지며 처리는 단계(125)에서 계속한다. 만약 참조 파형이 단계(141)에서 양의 영 교차에 있으면 그때 순환 하향 계수기는 단계(145)에서 줄어든다. 단계(149)에서 순환 하향 계수기의 값이 검사된다. 만약 그 값이 영이 아니면 그 때 입력 파형의 다른 표본이 얻어지고 처리는 단계(125)에서 계속한다. 만약 순환 하향 계수기의 값이 단계(149)에서 영이면 그때 동상의 값 및 이상의 양은 단계(153)에서 결정된다. 그 동상의 양은 표본의 수로 나누어진 동상의 가산 누산기의 값과 같고 이상의 양은 표본수로 나눈 이상 가산 누산기의 값과 같다.

그 합성의 동상 및 이상의 양들은 입력 파형 내의 이상적인 주파수 신호의 동상 및 이상 성분에 비례한다. 그 합성의 동상 및 이상의 양들의 크기는 단계(161)에서 그 동상 및 이상의 양들의 제곱의 합의 제곱근에 의해서 결정된다. 그 크기는 입력 파형내의 이상적인 주파수 신호의 RMS 값과 이상적인 파형의 어느 하나의 RMS 값의 곱과 동일하다. (두 개의 이상적인 파형의 둘의 RMS 값은 동일한 것으로 가정한다. 일반적으로 이상적인 파형의 피크 값은 1이며 (1/√2)의 RMS 값을 준다.) 그래서 이상적인 파형의 하나의 RMS 값으로 그 합성 크기를 나눔으로써 입력 파형내의 이상적인 주파수의 신호의 크기는 결정된다.

입력 파형내의 이상적인 주파수의 신호의 각은 동상 및 이상 항을 이용하여 이상적인 입력 신호에 대해서 단계(165)에서 결정된다. 그 합성 위상 각은 하기 표에 따라 결정된다:

동일 위상양의 부호 다른 위상양의 부호 각도 계산(도)

+ + 아크탄(arctan)(이상/동상) + 0°

- + 아크탄(이상/동상) + 180°

- - 아크탄(이상/동상) + 180°

+ - 아크탄(이상/동상) + 360°

비록 동상 및 이상 항이 두 개의 이상적인 파형의 RMS 값의 함수라 하더라도 그 두 개의 이상적인 파형의 RMS 값은 크기를 결정하는데 제거될 필요는 없다. 그것들은 두 동상 및 이상 항에서 동일한 값을 갖고 아크탄 함수는 이상 및 동상의 상에 수행되기 때문에 두 개의 이상적인 파형으로부터 RMS 값은 상쇄된다.

기본 선 주파수의 전압 대 전압 위상각을 결정에 대해서 표본들을 세는 것이 덜 복잡하나 이 응용에 대해서 푸리에 적분의 사용은 하나의 일반 함수가 다중의 목적에 대해서 사용될 수 있도록 한다. 주 위상각의 검출에 부가하여 이 기능은 보다 높은 주파수의 개개의 고조파 값을 검출한다. RMS 양들을 계산하는 능력에 부가해서 이 기능의 이용가능성은 전체 고조파의 왜곡된 양들을 계산한다.

그래서 본 발명은 주파수 변수의 양의 측정에 앞서 선 주파수를 결정함으로써 선 주파수의 변동으로 인한 주파수 변수 측정에 대해서 조정한다. 더군다나 조정은 동상 및 이상의 측정량에 대해서 사용되는 두 개의 이상적인 파형의 이상적인 주파수를 변경함으로써 만들어진다.

더욱이 현재의 선 주파수는 한 측정의 바로 앞의 주파수 측정에 의하거나 혹은 계속되는 반복적인 기초에서의 주파수 측정 및 현재의 선 주파수로서 가장 최근의 검출된 값을 사용함으로써 결정된다.

비록 어떤 특정의 구체적인 예를 참조로 여기에서 설명되었지만 본 발명은 보여진 상세한 설명에 제한되는 것은 아니다. 오히려 다양한 수정이 청구범위와 동일한 범위와 의도 내에서 그리고 본 발명으로부터 벗어나지 않고 그 상세한 것들에 만들어질 수 있다.

Claims (30)

1. 전력의 주파수를 측정하고;

   양의 영 교차(zero crossing)를 갖는 참조 파형을 선택하고;

   각각 이상적인 주파수를 갖는 두 개의 이상적인 파형을 상기 참조 파형으로 동기하고;

   입력 신호 파형을 얻고; 그리고

   상기 입력 신호 파형내의 상기 이상적인 주파수의 신호의 크기를 결정하는;

   단계들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 변동하는 주파수를 가진 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의한 주파수 의존적 전기 매개변수를 측정하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 주파수를 측정하는 단계가 신호 파형의 다수의 표본들 사이의 시간 간격을 결정하고 그리고 상기 신호 파형의 다수의 영 교차들 사이의 표본들의 수를 세는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 변동하는 주파수를 가진 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의한 주파수 의존적 전기 매개변수를 측정하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 참조 파형에 대한 상기 입력 신호 파형내의 상기 이상적인 주파수의 상기 신호의 각도를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변동하는 주파수를 가진 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의한 주파수 의존적 전기 매개변수를 측정하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 두 개의 이상적인 파형은 상기 주파수의 함수이며 서로 대략 90 도의 위상차이가 있으며 하나의 이상적인 파형은 동상 성분을 나타내고 다른 하나의 이상적인 파형은 이상 성분을 나타내는 것을 특징으로 하는 변동하는 주파수를 가진 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의한 주파수 의존적 전기 매개변수를 측정하는 방법.
5. 제4항에 있어서,

   선 순환들에 대해, 최소한 하나의 선 순환에서 다수의 표본들의 각각의 표본에 대하여 동상의 곱을 생성하기 위해서 상기 입력 신호 파형을 상기 동상의 이상적인 파형과 곱하고;

   동상의 가산 값을 생성하기 위해서 각각의 상기 표본에 대한 상기 동상의 곱을 동상의 가산 누산기에 더하고;

   상기 다수의 선 순환 대해서, 하나의 선 순환에서 상기 다수의 표본들의 각각의 표본에 대하여 이상의 곱을 생성하기 위해서 상기 입력 파형과 상기 이상의 이상적인 파형을 곱하고; 그리고

   이상의 가산 값을 생성하기 위해서 각각의 상기 표본에 대한 상기 이상의 곱을 이상의 가산 누산기에 더하는;

   단계들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변동하는 주파수를 가진 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의한 주파수 의존적 전기 매개변수를 측정하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 동상의 양 및 이상의 양을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변동하는 주파수를 가진 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의한 주파수 의존적 전기 매개변수를 측정하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 표본의 수를 결정하기 위하여 상기 다수의 선 순환에서 표본들의 수를 세는 단계를 더 포함하고,

   상기 동상의 양 = 상기 동상의 가산 값 / 상기 표본 계수, 및 상기 이상의 양 = 상기 이상의 가산 값 / 상기 표본 계수인 것을 특징으로 하는 변동하는 주파수를 가진 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의한 주파수 의존적 전기 매개변수를 측정하는 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 입력 신호 파형내의 상기 이상적인 주파수의 상기 신호의 각 및 크기가 상기 동상의 양 및 상기 이상의 양에 응답하는 것을 특징으로 하는 변동하는 주파수를 가진 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의한 주파수 의존적 전기 매개변수를 측정하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 이상적인 파형들 중 하나의 RMS 값의 함수인 스케일 팩터(scale factor)와 곱해지는 상기 동상 및 이상의 양들의 제곱의 합의 제곱근에 의하여 상기 이상적인 주파수의 상기 신호의 상기 크기를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변동하는 주파수를 가진 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의한 주파수 의존적 전기 매개변수를 측정하는 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 각을 결정하는 단계가 하기 표에 따라, 상기 각을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변동하는 주파수를 가진 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의한 주파수 의존적 전기 매개변수를 측정하는 방법:

    동일 위상양의 부호 다른 위상양의 부호 각도 계산(도)

    + + 아크탄(arctan)(이상/동상) + 0°

    - + 아크탄(이상/동상) + 180°

    - - 아크탄(이상/동상) + 180°

    + - 아크탄(이상/동상) + 360°.
11. 전력의 주파수를 측정하는 수단;

    양의 영 교차를 갖는 참조 파형을 선택하는 수단;

    각각 이상적인 주파수를 갖는 두 개의 이상적인 파형을 상기 참조 파형으로 동기하는 수단;

    입력 신호 파형을 얻는 수단; 및

    상기 입력 신호 파형안의 상기 이상적인 주파수의 신호의 크기를 결정하는 수단;

    으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하나의 서비스 형태에 대해 변동하는 주파수를 갖는 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의하여 주파수 의존적인 전기적 매개변수를 측정하는 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 주파수를 측정하는 상기 수단이 다수의 신호 파형의 표본들 사이의 시간 간격을 결정하는 수단 및 상기 신호 파형의 다수의 영 교차 사이의 표본들의 수를 세는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하나의 서비스 형태에 대해 변동하는 주파수를 갖는 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의하여 주파수 의존적인 전기적 매개변수를 측정하는 시스템.
13. 제11항에 있어서, 상기 참조 파형에 대해 상기 입력 신호 파형내의 상기 이상적인 주파수의 상기 신호의 각을 결정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하나의 서비스 형태에 대해 변동하는 주파수를 갖는 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의하여 주파수 의존적인 전기적 매개변수를 측정하는 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 두 개의 이상적인 파형은 상기 주파수의 함수이며 서로 대략 90 도의 위상차이가 있으며 하나의 이상적인 파형은 동상의 성분을 나타내며 다른 이상적인 파형은 이상의 성분을 나타내는 것을 특징으로 하는 하나의 서비스 형태에 대해 변동하는 주파수를 갖는 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의하여 주파수 의존적인 전기적 매개변수를 측정하는 시스템.
15. 제14항에 있어서,

    선 순환들에 대해, 최소한 하나의 선 순환에 있어서 다수의 표본들의 각각의 표본에 대하여 동상의 곱을 생성하기 위해서 상기 입력 신호 파형을 상기 동상의 이상적인 파형과 곱하는 수단;

    동일 가산 값을 생성하기 위해서 각각의 상기 표본에 대한 상기 동상의 곱을 동상 가산 누산기에 더하는 수단;

    상기 다수의 선 순환들에 대해, 하나의 선 순환에 있어서 상기 다수의 표본들의 각각의 표본에 대하여 이상의 곱을 생성하기 위해서 상기 입력 신호 파형을 상기 이상의 이상적인 파형과 곱하는 수단; 및

    이상의 가산 값을 생성하기 위해서 각각의 상기 표본에 대한 상기 이상의 곱을 이상의 가산 누산기에 더하는 수단;

    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하나의 서비스 형태에 대해 변동하는 주파수를 갖는 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의하여 주파수 의존적인 전기 매개변수를 측정하는 시스템.
16. 제15항에 있어서, 동상의 양 및 이상의 양을 결정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하나의 서비스 형태에 대해 변동하는 주파수를 갖는 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의하여 주파수 의존적인 전기적 매개변수를 측정하는 시스템.
17. 제16항에 있어서, 표본의 수를 결정하기 위해서 상기 다수의 선 순환에 있어서 표본들의 수를 세는 수단을 더 포함하고,

    상기 동상의 양 = 상기 동상의 가산 값 / 상기 표본 계수, 및 상기 이상의 양 = 상기 이상의 가산 값 / 상기 표본 계수인 것을 특징으로 하는 하나의 서비스 형태에 대해 변동하는 주파수를 갖는 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의하여 주파수 의존적인 전기적 매개변수를 측정하는 시스템.
18. 제16항에 있어서, 상기 입력 신호 파형내의 상기 이상적인 주파수의 상기 신호의 각 및 상기 크기가 상기 동상의 양 및 상기 이상의 양에 응답하는 것을 특징으로 하는 하나의 서비스 형태에 대해 변동하는 주파수를 갖는 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의하여 주파수 의존적인 전기적 매개변수를 측정하는 시스템.
19. 제18항에 있어서, 상기 이상적인 파형들 중 하나의 RMS 값의 함수인 스케일 팩터(scale factor)와 곱해지는 상기 동상 및 이상의 양들의 제곱의 합의 제곱근에 의하여 상기 이상적인 주파수의 상기 신호의 상기 크기를 결정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하나의 서비스 형태에 대해 변동하는 주파수를 갖는 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의하여 주파수 의존적인 전기적 매개변수를 측정하는 시스템.
20. 제18항에 있어서, 상기 각을 결정하는 수단이 하기 표에 따라, 상기 각을 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하나의 서비스 형태에 대해 변동하는 주파수를 갖는 전력을 공급하는 전기 시스템에서 전력계에 의한 주파수 의존적 전기 매개변수를 측정하는 방법:

    동일 위상양의 부호 다른 위상양의 부호 각도 계산(도)

    + + 아크탄(이상/동상) + 0°

    - + 아크탄(이상/동상) + 180°

    - - 아크탄(이상/동상) + 180°

    + - 아크탄(이상/동상) + 360°.
21. 전력의 주파수를 측정하고;

    양의 영 교차를 갖는 참조 파형을 선택하고;

    이상적인 주파수를 갖는 두 개의 이상적인 파형을 상기 참조 파형으로 동기하고;

    입력 신호 파형을 얻고; 그리고

    상기 입력 파형내의 상기 이상적인 주파수의 신호의 크기를 결정하는;

    단계들을 수행하고 전력계를 통과하는 변동하는 주파수를 갖는 전력을 공급하는 전기 시스템에서 주파수 의존적 전기 매개변수를 측정하는 소프트웨어를 저장하는 저장수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
22. 제21항에 있어서, 상기 소프트웨어가 하나의 신호 파형의 다수의 표본들 사이의 시간 간격을 결정하고 그리고 상기 신호 파형의 다수의 영 교차들 사이의 표본들의 수를 세는 단계들을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
23. 제21항에 있어서, 상기 소프트웨어가 상기 참조 파형에 대해서 상기 입력 신호 파형내의 상기 이상적인 주파수의 상기 신호의 각을 결정하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
24. 제23항에 있어서, 상기 두 개의 이상적인 파형은 상기 주파수의 함수이며 서로 대략 90도의 위상차이가 있으며 하나의 이상적인 파형은 동상 성분을 나타내며 다른 이상적인 파형은 이상 성분을 나타내는 것을 특징으로 하는 장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 소프트웨어는,

    선 순환들에 대해, 최소한 하나의 선 순환에 있어서 다수의 표본들의 각각의 표본에 대하여 동상의 곱을 생성하기 위해서 상기 입력 신호 파형을 상기 동상의 이상적인 파형과 곱하고;

    동상의 가산 값을 생성하기 위해서 각각의 상기 표본에 대한 상기 동상의 곱을 동상의 가산 누산기에 더하고;

    상기 다수의 선 순환들에 대해, 하나의 선 순환에 있어서 상기 다수의 표본들의 각각의 표본에 대하여 이상의 곱을 생성하기 위해서 상기 입력 신호 파형을 상기 이상의 이상적인 파형과 곱하고; 그리고

    이상의 가산 값을 생성하기 위해서 각각의 상기 표본에 대한 상기 이상의 곱을 이상의 가산 누산기에 더하는;

    단계들을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
26. 제25항에 있어서, 상기 소프트웨어는 동상의 양 및 이상의 양을 결정하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
27. 제26항에 있어서, 상기 소프트웨어는 표본의 수를 결정하기 위해서 상기 다수의 선 순환에 있어서 표본들의 수를 세는 단계를 더 수행하고,

    상기 동상의 양 = 상기 동상의 가산 값 / 상기 표본 계수, 및 상기 이상의 양 = 상기 이상의 가산 값 / 상기 표본 계수인 것을 특징으로 하는 장치.
28. 제26항에 있어서, 상기 입력 신호 파형내의 상기 이상적인 주파수의 상기 신호의 각 및 상기 크기가 상기 동상의 양 및 상기 이상의 양에 응답하는 것을 특징으로 하는 장치.
29. 제28항에 있어서, 상기 소프트웨어는 상기 이상적인 파형들 중 하나의 RMS 값의 함수인 스케일 팩터와 곱해지는 상기 동상 및 이상의 양들의 제곱의 합의 제곱근에 의하여 상기 이상적인 주파수의 상기 신호의 상기 크기를 결정하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
30. 제28항에 있어서, 상기 소프트웨어는 하기 표에 따라, 상기 각을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치:

    동일 위상양의 부호 수직한 양의 부호 각도 계산(도)

    + + 아크탄(이상/동상) + 0°

    - + 아크탄(이상/동상) + 180°

    - - 아크탄(이상/동상) + 180°

    + - 아크탄(이상/동상) + 360°.