KR20040014057A - 인터넷을 이용한 전력계통의 고조파 측정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인터넷을 통해 전력계통 내의 각 전력설비단에 설치된 다수의 측정장치를 제어하여 전력계통의 고조파를 계측하고 분석할 수 있는 인터넷을 이용한 전력계통의 고조파 측정시스템에 관한 것으로서,

전력계통의 전력선에 각 위상별로 순시 전류값을 측정하는 홀전류센서 및 전압 분할된 회로를 통해 순시 전압값을 측정하는 전압 측정부를 포함하는 다수의 센서부와; 상기 센서부의 측정값을 순간적으로 샘플홀드하여 저장하고 외부 요청에 의해 저장된 측정 값을 순차적으로 출력하는 다수의 신호 변환부와; 상기 다수의 신호 변환부로 순간적인 측정이 가능하도록 샘플홀드 제어신호를 동시에 출력하고, 그로부터 출력된 순시 측정값을 순차적으로 입력받아 이를 처리하여 외부로 직렬 포트를 통해 전송하는 분석부를 포함하는 측정장치와;

적어도 하나의 측정장치와 직렬 포트를 통해 연결되고, 외부로부터의 요청에 따라 이로부터 수신한 데이터를 인터넷을 통해 전송하는 통신장치와;

상기 통신장치로부터 인터넷을 통해 전송되는 각 전력설비단에 설치된 측정장치의 식별코드와 전압 및/또는 전류의 주파수와 위상각, 유효전력, 무효전력에 관한 측정데이터를 수신하여 저장하고, 상기 측정데이터를 가공하여 전력설비단의 단락, 지락 등의 고장상태유무와 전력소비를 분석하고, 상기 분석한 데이터를 저장하는 중앙관리서버를 포함하여 각 전력설비단의 전력에너지 운용을 관리, 감시하는 것을 특징으로 한다.

Description

인터넷을 이용한 전력계통의 고조파 측정시스템{System for measuring the harmonics of electric power in using internet}

본 발명은 인터넷을 통해 전력계통 내의 각 전력설비단에 설치된 다수의 측정장치를 제어하여 전력계통의 고조파를 계측하고 분석할 수 있는 인터넷을 이용한 전력계통의 고조파 측정시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 정상적인 전력운전상태에서 각 전력설비단의 전압크기를 일정하게 유지하려는 전력시스템의 능력을 전압안정도라 한다. 이때 전력계통의 전압안정도는 각 전력설비단의 선로조류의 증가, 부하의 편중, 무효전력공급원의 부족 등과 밀접한 관계를 가진다. 특히 전력시스템에 있어서, 비정상적인 전압의 출현 및 전력설비단의 전압저하는 전체 전력시스템의 정전에 이르는 아주 심각한 문제를 야기시키고 있다. 따라서, 전력에너지를 안정적인 운용은 전력계통의 고조파를 정확하게 측정 및 분석하는 것과 직결되어 있는 것이다.

종래에는 전력설비단에 설치된 다수의 측정장치와 전력계통을 관리, 감시하는 관리자 단말기를 전용 유선망으로 연결하여 상기 전력설비단의 고조파를 계측하고 분석하여 전력에너지를 안정적인 운용하였다.

그러나, 상기와 같은 방식은 다수의 측정장치와 관리자 단말기의 연결거리가 장거리일 경우에는 신호의 감쇄를 보상하기 위해 증폭기가 필요하다는 불편함이 있었다. 또한, 다수의 측정장치와 관리자 단말기를 전용선으로 연결하여 전력설비단의 전압 및 또는 전류를 계측하여 전체 전력계통의 고조파를 계측하고 분석함으로써 높은 비용을 지불해야 하는 단점이 있었다.

또한 일반적으로 전력 공급 계통에 채택되는 3상 4선 방식의 선로의 경우 각 상별로 전압, 전류를 동시에 측정해야 순시전력과 역률을 산출할 수 있는데 이를위해서는 고가의 소재와 빠른 입출력이 요구되어 하드웨어 설계에 어려움이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 전력계통 내의 각 전력설비단에 설치된 다수의 측정장치와 각 전력설비단의 전력에너지 운용을 관리, 감시하는 관리자 단말기에 연결된 서버를 인터넷으로 연결한 인터넷을 이용한 전력계통의 고조파 측정시스템을 제공함을 목적으로 한다.

더 나아가 본 발명은 소형 경량화되어 이동하면서 사용 가능한 전력계통의 고조파 측정시스템을 제공함을 그 목적으로 한다.

더 나아가 본 발명은 정확한 전류와 전압의 주파수와 위상을 측정을 위하여 순간적인 전류와 전압의 동시 측정이 가능한 전력계통의 고조파 측정시스템을 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1 본 발명에 따른 인터넷을 이용한 전력계통의 고조파 측정시스템의 개략적인 구성블록도이다.

도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측정장치의 구성 블록도이다.

도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통신장치의 구성 블록도이다.

<도면부호의 간단한 설명>

10:측정장치

11:센서부 12:신호변환부

13:분석부

13a:제어로직부 13b:디지털신호처리부

13c:병렬/직렬 변환기

20:통신장치

30:중앙관리서버

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인터넷을 이용한 전력계통의 고조파 측정시스템의 일 양상에 따르면,

전력계통의 전력선에 각 위상별로 순시 전류값을 측정하는 홀전류센서 및 전압 분할된 회로를 통해 순시 전압값을 측정하는 전압 측정부를 포함하는 다수의 센서부와; 상기 센서부의 측정값을 순간적으로 샘플홀드하여 저장하고 외부 요청에 의해 저장된 측정값을 순차적으로 출력하는 다수의 신호 변환부와; 상기 다수의 신호 변환부로 순간적인 측정이 가능하도록 샘플홀드 제어신호를 동시에 출력하고,그로부터 출력된 순시 측정값을 순차적으로 입력받아 이를 처리하여 외부로 직렬 포트를 통해 전송하는 분석부를 포함하는 측정장치와;

적어도 하나의 상기 측정장치와 직렬 포트를 통해 연결되고, 외부로부터의 요청에 따라 이로부터 수신한 데이터를 인터넷을 통해 전송하는 통신장치와;

상기 통신장치로부터 인터넷을 통해 전송되는 각 전력설비단에 설치된 측정장치의 식별코드와 전압 및/또는 전류의 주파수와 위상각, 유효전력, 무효전력를 수신하여 저장하고, 상기 측정데이터를 가공하여 전력설비단의 단락, 지락 등의 고장상태유무와 전력소비를 분석하고, 상기 분석한 데이터를 저장하는 중앙관리서버;

를 포함하여 각 전력설비단의 전력에너지 운용을 관리, 감시하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 인터넷을 이용한 전력계통의 고조파 측정시스템의 개략적인 구성블록도이다.

도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 인터넷을 이용한 전력계통의 고조파 측정시스템은 측정장치(10)와 통신장치(20)와 중앙관리서버(30)를 포함한다.

이에 따라 본 발명은 각 전력설비단에 설치된 측정장치(10)와 각 전력설비단의 전력에너지 운용을 관리, 감시하는 관리자 단말기(도시하지 않음.)에 연결된 중앙관리서버(30)를 통신장치(20)를 통해 통신 네트워크(예:인터넷)로 연결하므로서신호의 감쇄영향이 없고 저비용으로 변압기와 같은 전력설비단의 전력에너지의 안정운영을 감시, 관리하는 것이 가능하다.

도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측정장치의 구성 블록도이다.

도시한 바와 같이, 상기 측정장치(10)는 측정하고자 하는 전력설비단의 전압 및/또는 전류의 주파수와 위상각, 유효전력, 무효전력을 계측하기 위한 것으로서, 센서부(11)와 신호변환부(12)와 분석부(13)를 포함한다.

상기 센서부(11)는 측정하고자 하는 전력설비단의 전압 및/또는 전류를 검출한다. 상기 센서부(11)는 홀전류센서(Hall Current sensor) 등을 사용하여 입력전류를 적당한 크기의 전압신호로 변환시키며 본 발명에서는 프랑스 LEM사의 HT 200TM 을 측정센서로 사용한다. 전압 센서는 저항으로된 전압분할회로에서 분압된 전압을 직접 측정한다.

우리나라에서 통상 전력공급계통에서 사용되는 3상 4선 방식에서 전류센서는 각 상별로 한개씩과 접지선에 한개, 그리고 변압기에서 결선 방식에 따라 Y 결선일 경우 중성점에서 한개 추가되어 5개의 센서가 필요하고, 전압 센서는 각 상과 접지선 사이에 3개의 센서와 중성점과 접지 사이에 한 개가 필요하여 총 4개가 필요하다. 따라서 본 발명에 따른 측정장치에는 각 측정장치마다 적어도 9개의 입력포트가 있다.

상기 신호변환부(12)는 상기 센서부(11)에서 검출된 전력설비단의 아날로그 전압신호를 디지털신호로 변환한다. 본 발명에서 상기 신호변환부(12)는 ANALOG DEVICE사의 ADC7865TM 아날로그 디지털 변환기(A/D)를 사용한다. 상기 ADC7865TM아날로그 디지털 변환기(A/D)는 원래 8채널이나 순간적인 측정을 위해 동시에 샘플홀드(sample-hold)할 수 있기 위해서는 4채널만을 사용할 수 있다. 4샘플홀드 대상 채널을 선택하고 샘플홀드 제어신호(conversion start signal, 이하 "convst" 라고 한다.)를 출력하면 4 채널의 아날로그 입력값이 변환기 내부에 기억되며, 이후에 각 채널별로 변환된 측정값이 데이터로 순차적으로 출력된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 9 채널의 입력 신호를 샘플홀드하기 위해 3 개의 ADC7865TM 아날로그 디지털 변환기를 사용하며 이 변환기에서 샘플홀드 제어신호(convst)는 하나의 포트에서 동시에 출력되므로 모든 9 채널의 입력값이 순간적으로 샘플홀드된다.

상기 분석부(13)는 상기 신호변환부(12)로부터 출력되는 전력설비단의 전압 및/또는 전류의 크기에 관한 디지털데이터를 통해 전압 및/또는 전류의 주파수와 위상각, 유효전력, 무효전력을 계측한다. 본 발명에서 상기 분석부(13)는 상기 전압 및/또는 전류의 위상각과 유효전력, 무효전력을 계측하기 위해 Texas Instrument사의 TMS320C32TM 디지털신호처리장치(DSP)(13b)를 사용한다. 상기 디지털신호처리장치(13b)는 상기 신호변환부(12)로부터 수신한 순시 전류, 전압값으로부터 전압 및/또는 전류의 주파수와 위상각, 유효전력, 무효전력을 계산하여 이를 외부로 전송한다. 그러나 이 같은 양상은 반드시 필수적인 것은 아니며 단순 데이터만 전송하고 중앙관리서버(30)에서 전압 및/또는 전류의 주파수와 위상각, 유효전력, 무효전력을 산출하는 실시예도 가능하다.

상기 분석부(13)는 상기 아날로그 디지털 변환기(A/D)의 동작을 제어하기 위한 제어로직(13b)을 포함한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서 상기 제어로직은 EPLD(Electrically Programmable Logic Device)로 구현된다. EPLD의 프로그래밍은 당해 분야에서 통상적인 기술이므로 본 명세서에서는 이의 기능을 간략히 설명한다. EPLD는 디지탈신호처리장치(13b)로부터의 제어에 따라 3개의 아날로그 디지털 변환기에 동시에 샘플홀드 제어신호(convst)를 출력하고 이후에 순차적으로 아날로그 디지털 변환기(A/D)를 칩-인에이블시켜 각 채널별로 측정데이터를 디지탈신호처리장치(13b)로 출력한다. 따라서, 본 발명은 순간적인 전류와 전압의 동시 측정이 가능하여 정확하게 순시전력 및 역률을 측정하는 것이 가능하다.

상기 분석부(13)는 병렬/직렬 변환부(13c)를 통해 디지탈신호처리장치(13b)가 취합한 채널별 데이터를 직렬 데이터로 바꾸어 통신장치(20)로 출력한다. 본 발명에서 상기 병렬/직렬 변환부(13c)는 통상 PPI(Perallel Peripheral Interface)와 MAX232와 같은 아날로그 칩으로 구성된다.

또한, 상기 분석부(13)는 도면에는 도시되지 않았으나 메인 프로그램이 저장된 플래시 롬(FLASH ROM)과 임시 데이터를 저장하는 SRAM이 디지탈신호처리장치 (13b)에 연결되어 있다.

상기 통신장치(20)는 전자기기들을 네트워크에 접속할 수 있도록 하는 네트워크 접속장치로서, 본 발명의 측정장치(10)와 일대일로 연결되거나 다대일로 연결되어 상기 측정장치(10)에서 측정한 데이터를 인터넷을 통해 중앙관리서버(30)로 전송한다. 상기 통신장치(20)는 측정장치(10)에 내장되어 일체로 형성할 수 있고 또는 측정장치(10)와 외부접속을 통해 시리얼 통신(RS232/422/485)을 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 통신장치(20)의 구성블록로서, 도시된 바와 같이 측정장치(10)와 직렬 통신을 위한 직렬포트 제어기(21)와, 외부와의 인터넷 통신을 위한 이더넷 컨트롤러(24), 그리고 마이크로프로세서로 구현된 제어부(22) 및 메인프로그램이 저장되고 임시 기억장소를 겸하는 플래시 메모리 (23)를 포함한다. 상기 통신장치(20)는 인터넷 어드레스로 식별되며 직접 라우터와 같은 네트워크 장치에 연결되어 외부 서버와 쌍방향 통신이 가능하다. 상기 통신장치(20)는 하나 혹은 다수의 측정장치(10)와 연결되어 상기 측정장치(10)로부터 수신한 데이터를 측정장치별, 센서 별로 식별부호와 함께 중앙관리서버(30)로 데이터를 전송한다.

상기 중앙관리서버(30)는 상기 통신장치(20)로부터 전송되는 각 전력설비단에 설치된 측정장치(10)로부터 수신한 데이터를 측정장치별, 센서 별로 식별부호와 전압 및/또는 전류의 주파수와 위상각, 유효전력, 무효전력에 관한 데이터를 수신하고 상기 수신데이터를 가공하여 전력설비단의 단락, 지락 등의 고장상태유무와 전력설비단의 전력소비 등을 분석한다. 또한, 상기 중앙관리서버(30)는 수신한 데이터와 분석한 데이터를 날짜별, 시간별로 저장한다.

따라서, 전력계통을 감시하는 관리자는 각 전력설비단에 설치된 측정장치의 전압/전류측정값을 인터넷을 이용하여 감시, 분석한 결과를 통해 효과적인 전력계통 운용과 계획을 세울 수 있고, 기존 전력설비단의 효율적 운용 및 전력공급 능력의 제고를 기대할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 각 전력설비단에 설치된 측정장치와 각 전력설비단의 전력에너지 운용을 관리, 감시하는 관리자 단말기에 연결된 서버를 인터넷으로 연결하므로서 신호의 감쇄영향이 없고 비용이 저렴한 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 각 전력설비단에 설치된 측정장치를 인터넷을 이용하여 감시, 분석한 결과를 통해 효과적인 전력계통 운용과 계획에 실질적으로 반영할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 고품질 전력를 안정적으로 공급하는데 기여하고, 기존 전력설비단의 효율적 운용 및 전력공급 능력의 제고를 기대할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 순간적인 전류와 전압의 동시 측정이 가능하여 정확한 순시전력 및 역률을 측정할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다라는 것은 명백하다. 따라서, 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 할 것이다.

Claims (3)

1. 전력계통의 전력선에 각 위상별로 순시 전류값을 측정하는 홀전류센서 및 전압 분할된 회로를 통해 순시 전압값을 측정하는 전압 측정부를 포함하는 다수의 센서부와; 상기 센서부의 측정값을 순간적으로 샘플홀드하여 저장하고 외부 요청에 의해 저장된 측정 값을 순차적으로 출력하는 다수의 신호 변환부와; 상기 다수의 신호 변환부로 순간적인 측정이 가능하도록 샘플홀드 제어신호(convst)를 동시에 출력하고, 그로부터 출력된 순시 측정값을 순차적으로 입력받아 이를 처리하여 외부로 직렬 포트를 통해 전송하는 분석부를 포함하는 측정장치와;

   적어도 하나의 측정장치와 직렬 포트를 통해 연결되고, 외부로부터의 요청에 따라 이로부터 수신한 데이터를 인터넷을 통해 전송하는 통신장치와;

   상기 통신장치로부터 인터넷을 통해 전송되는 각 전력설비단에 설치된 측정장치의 식별코드와 전압 및/또는 전류의 주파수와 위상각, 유효전력, 무효전력를 수신하여 저장하고, 상기 측정데이터를 가공하여 전력설비단의 단락, 지락 등의 고장상태유무와 전력소비를 분석하고, 상기 분석한 데이터를 저장하는 중앙관리서버;

   를 포함하여 각 전력설비단의 전력에너지 운용을 관리, 감시하는 것을 특징으로 하는 인터넷을 이용한 전력계통의 고조파 측정시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 분석부가:

   다수의 아날로그 디지털 변환기(A/D)에 동시에 샘플홀드 제어신호(convst)를출력하고 이후에 순차적으로 상기 다수의 아날로그 디지털 변환기(A/D)를 칩-인에이블시켜 각 채널별로 측정데이터를 수신하여 출력하는 제어로직부와;

   상기 제어로직부로부터 샘플홀드 제어신호(convst)가 출력되도록 제어하고, 상기 제어로직부로터 출력되는 각 채널별 측정데이터를 수신하여 전압 및/또는 전류의 주파수와 위상각, 유효전력, 무효전력을 계산하는 디지털신호처리부와;

   상기 디지털신호처리부로부터 출력되는 각 채널별 데이터를 직렬 데이터로 변환하여 출력하는 병렬/직렬 변환부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터넷을 이용한 전력계통의 고조파 측정시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분석부(13)가:

   샘플홀드 제어신호(convst)를 하나의 포트에서 동시에 출력하여 상기 다수의 아날로그 디지털 변환기(A/D)의 모든 채널의 입력값을 동시에 샘플홀드하는 것을 특징으로 하는 인터넷을 이용한 전력계통의 고조파 측정시스템.