KR20080035540A

KR20080035540A - 2중 적분에 의한 역상검출 알고리즘 및 역상보호계전기

Info

Publication number: KR20080035540A
Application number: KR1020080026688A
Authority: KR
Inventors: 정병태
Original assignee: 삼화이오씨알 주식회사
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2008-04-23

Abstract

본 발명은 2중 적분에 의한 역상검출 알고리즘 및 역상보호계전기에 관한 것으로 상세히는 전기적 신호를 입력받아 마이크로 프로세서가 처리할 수 있고 디지털 값으로 변환 시키는 변환기(ADC)를 거처 처리된 출력 값을 가지고 R,S,T의 3상중 가장 큰 값을 찾아 R상이 최대인 경우 0을 출력하고, S상이 최대인 경우에는 ＋1을 출력하고 T상이 최대인 경우 -1을 출력하는 1차 비교기(10)를 거치도록 하고, 상기 1차 비교기(10)의 출력신호는 1차 적분기(20)를 통해 양의 삼각파 또는 음의 삼각파를 출력토록 한 다음 다시 2차 적분기(30)를 통해 양의 누적 곡선 또는 음의 누적 곡선 값을 출력토록 하여 2차 비교기(40)로 하여금 0과 같거나 크면 정상, 0보다 작으면 역상으로 판정토록 하는 방법에 의한 역상 보호 계전기를 제공함으로서 판별의 안정성과 가변 주파수의 환경 하에서도 적용이 가능하고 구현의 편리성을 얻을 수가 있는 효과가 있다.

변환기(ADC), 1차비교기, 2차 비교기, 1차적분기, 2차 적분기,

Description

2중 적분에 의한 역상검출 알고리즘 및 역상보호계전기{PROTECTIVE DEVICE DETECTING REVERSE PHASE BY DOUBLE INTERGRATION}

본 발명은 2중 적분에 의한 역상검출 알고리즘 및 역상보호 계전기에 관한 것으로 더욱 상세하게는 삼상 모터 운전시에 결상 검출을 신속하게 하며, 인버터 사용시 환경의 변화에 의한 가변주파수, 고조파, 노이즈가 많이 유입되는 환경에서도 안정적으로 역상 검출이 이루어지도록 하는 것이 목적이다.

종래에는 3상 입력 값의 전기각을 계측하여 위상차를 계산하고 상 회전 순서를 판단하거나 3상 값의 전기각 0도 검출에 의한 상회전 순서를 판단하는 것이었다.

즉 3상간의 위상차 검출에 의한 방법에 있어서는 3상 전압 또는 전류 입력에 대한 FFT등의 신호처리 기법으로 기본과 성분을 추출하고, 각 상의 기본파 위상차를 검출하여 R상 기준으로 S상이 120도 뒤지고, T상은 120도 앞서는 경우에 정상이며, 이와 반대로 나타나면 역상으로 검출하는 것이며, 3상 샘플치의 전기각 0도 검출에 의한 방법으로는 3상 전압 또는 전류의 샘플치 로부터 전기각 0도(Zero-crossing)을 검출하여 0도 검출 순서로 상 회전 순서를 판별토록하는 것으로 검출 순서가 R상-＞S상-＞T상 순으로 변하면, 정상이며, R상-＞T상-＞S상으로 변하면 역상으로 검출하도록 되어 있어서 주로 하드웨어적인 장치에 의해 구현되도록 되어 있다.

또한 종래의 3상간의 위상차 검출 방법에 있어서는 3상간의 위상차를 검출하는 방법은 기본파의 위상차를 여러 가지 신호 처리 기법에 의해 검출하는데 이 방법은 기본파의 위상이 변하지 않는 경우에 유효하며, 인버터의 사용 환경과 같은 가변 주파수 환경하에서는 기본파 자체가 변하게 되므로 기본파의 위상을 기준으로 역상을 검출하기 어려운 점이 있고, 또한 이를 구현함에 있어서는 많은 연산과 복잡한 알고리즘이 필요하다.

또 3상 샘플치의 전기각 0도 비교에 의한 방법에 있어서는 전기각 0도 검출이 주로 하드웨어적인 장치에 의해 구현되므로 단순하여 계산량도 적지만 고조파, 노이즈 등이 유입되어 파형이 왜곡되면, 전기각 0도 검출이 안정적이지 못한 문제점이 있고 이를 해결하기 위해서 복잡한 필터를 거처야 정확한 전기각 0도 시점을 찾을 수 있는등의 곤란성이 있다.

[문헌 1] Kr 10-0093260 전자식배전반의 전동기보호를 위한 디지털 계전방법(1995.12.26)

[문헌 2] Kr 10-0120958 부족전압계전기(1997.08.23)

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점인 인버터 사용 등으로 주파수가 가변되면, 기본파의 위상각이나 전기각 0도 검출이 어렵고, 즉각적인 상 회전 순서의 판단이 어려우며, 노이즈, 고조파 등이 유입되면 역상 검출도 안정적이지 못한 점을 해결코자하는 것이 본 발명의 특징이다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 이를 해결하기 위한 것으로 도1에 도시한 바와 같이 전기적 신호를 입력받아 마이크로 프로세서가 처리할 수 있는 디지틸 값으로 변환시키는 변환기(ADC)를 거처 처리된 출력치를 가지고 3상중 가장 큰 값을 찾아 R상이 최대인 경우에는 0을 출력하고, S상이 최대인 경우에는 ＋1을 출력하고, T상이 최대인 경우 -1을 출력하는 1차 비교기(10)를 거치도록 하고, 상기 1차 비교기(10)의 출력 신호는, 1차 적분기(20)를 통해 양(陽)의 삼각파 또는 음(陰)의 삼각파를 출력토록 한 다음, 다시 2차 적분기(30)를 통해 양의 누적 곡선 또는 음의 누적 곡선 값을 출력토록 하여 2차 비교기(40)로 하여금 0과 같거나 크면 정상, 0보다 작으면 역상으로 판정 하도록 하는 것이다.

이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2는 정상인 경우의 2중 적분 결과도표를 도시한 것으로 3상 평형 정상 파형이 입력 되었을 때의 각 비교기와 적분기의 파형을 도시한 것으로 도2에서 구간(a)에서는 3상 입력 파형 중에 R상이 최대인 구간으로 1차 비교기(10)의 출력은 0이며, 1차 적분기(20)의 누적 출력도 0이된다. 따라서 2차 적분기(30)의 누적 출력도 0이된다. 구간(b)에 대해서는 S상이 최대로 1차 비교기(10)의 출력 값이 ＋1이 되고, 이에따라 1차 적분기(20)의 누적 값은 선형으로 증가한다. 그리고 1차 적분기(20)의 출력을 누적하는 2차 적분기(30)의 누적 출력은 포물선의 형태로 증가 한다. 구간(c)에서는 T상이 최대로 1차 비교기(10)의 출력 값이 -1이 되며, 이에 따라 1차 적분기(20)의 누적 값은 선형으로 감소하고 2차 적분기(30)의 출력은 포물선의 형태로 증가하지만 증가량은 둔화 된다.

또한 구간(d, e, f)등에서는 상기 구간 (a, b, c)의 형태가 반복 되지만 2차 적분기(30)의 파형은 지속적으로 포물선 형태로 증가하게 되고 출력되는 양 또는 음의 누적 곡선 값에 따라 2차 비교기(40)의 출력이 0과 같거나 크면, 정상이고, 작으면 역상으로 판정하는 것이다.

도 3은 도2와는 반대로 역상인 경우의 2중 적분 결과를 나타낸 것으로 도면에서 구간(a)에서는 3상 입력 파형 중에 R상이 최대인 구간으로 1차 비교기(10)의 출력 값은 0이되고, 1차 적분기(20)의 누적 출력도 0이 된다. 따라서 2차 적분기(30)의 누적 출력도 0이 된다. 구간(b)에 대해서는 T상이 최대로 1차 비교기(10)의 출력 값이 -1이되고, 이에따라 1차 적분기(20)의 누적 값은 선형으로 감소한다. 그리고 1차 적분기(20)의 출력을 누적하는 2차 적분기(30)의 누적 출력은 포물선의 형태로 감소하고, 구간(c)에서는 S상이 최대로 1차 비교기(10)의 출력 값이 ＋1이 되고, 이에 따라 1차 적분기(20)의 누적 값은 선형으로 증가하고 2차 적분기(30)의 출력은 포물선의 형태로 감소하나 감소량은 둔화된다. 또한 구간(d, e, f)등의 구간에서는 앞에서의 구간(a, b, c)의 형태가 반복되지만 2차 적분기(30)의 파형은 지속적으로 포물선의 형태로 감소하는 것이다.

따라서 역상 판별은 2차 누적 값의 양부 판정으로 이루어지며, 누적 시간이 지날 수록 큰 값을 가지게 되므로 더욱 안정적인 판별이 가능해지는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 2중 적분이 판별에 이용되는 파형이 늘어낭 수록 누적 값이 증가하여 일시적인 파형의 왜곡이나 노이즈 유입 등에 대해 영향을 받지 아니하므로 판별의 안전성을 꾀할 수 있으며, 또한 3상 입력파형의 주파수에 관계없이 샘플치 비교에 의해서만 적분이 이루어지므로 3상 입력파형의 주파수 변화에 영향을 받지 아니하므로 가변 주파수 변화에 영향을 받아니하고 판별할 수 있으며, 본 발명에서 사용되는 요소는 비교기와 적분기만으로 하드웨어적으로나 소프트웨어적으로 구현이 용이하여 특별한 보정이나 복잡한 알고리즘이 필요치 아니하는 등 이미 앞서 설명한 바와 같은 효과를 얻을 수가 있는 것이다.

이하 본 발명을 실시예를 첨부된 도면에 따라 상술하면 다음과 같다.

이미 도1에 의해 전술한 바와 같이 R,S,T와 같은 3상의 전기 신호가 입력되면, 마이크로 프로세서가 처리할 수 있는 디지틸 신호로 변환하는 변환기(ADC)를 통해 출력되는 출력 값 중에서 1차 비교기(10)를 통해 가장 큰 값을 찾아 R상이 최대인 경우에는 0을 출력하도록 되고, S상이 최대인 경우에는 ＋1을 출력하도록 되고, T상이 최대인 경우에는 -1을 출력 하도록 된 상기 1차 비교기(10)를 거처 출력되는 신호는 다시 1차 적분기(20)를 통해 1차 비교기(10)의 출력 결과를 누적 합산하도록 되고, 다시 1차 적분기(20)의 출력 값을 2차 적분기(30)를 통해 누적하도록 한다.

상기와 같은 2차 적분기(30)를 통해 누적된 출력 값을 2차 비교기(40)를 통해 비교하여 0보다 크거나 같은 양의 값이면 정상으로 판별하고, 0보다 작은 음의 값이면, 역상으로 판별하도록 하는 것이다.

도 1은 본 발명을 설명키 위한 블록도이며,

도 2는 정상인 경우의 2중 적분 결과도이며,

도 3은 역상인 경우의 2중 적분 결과도이며,

도 4는 본 발명에 의해 정상 또는 역상과의 비교 설명도이다.

*****도면중 부호의 설명*****

ADC는 변환기, 10은 1차 비교기, 20은 1차 적분기, 30은 2차 적분기, 40은 2차 비교기, A는 2차 적분 파형, B는 1차 적분 파형을 의미한다.

Claims

R,S,T의 3상 전압 또는 전류의 입력신호를 디지털 신호로 변환하는 변환기의 출력 신호중, 1차 비교기에 의해 R상이 최대인 경우 0을 출력토록 되고, S상이 최대인 경우에는 ＋1을 출력하며, T상인 경우 -1을 축력토록 되고, 상기 출력된 신호를 누적합산하는 1차 적분기의 출력을 다시 누적 출력하는 2차 적분기의 출력 값을 0과 비교하여 0보다 크거나 같은 경우 정상으로 판별하고, 0보다 작은 경우 역상으로 판별하는 적분에 의한 역상 검출하는 것을 특징으로하는 2중 적분에 의한 역상 검출 알고리즘.
1차 비교기의 출력을 1차 적분기에 누적 값을 누적하도록 되고, 2차 적분기에 의해 다시 누적 적분하는 2중 적분에 의해 역상을 검출하도록 되는 것을 특징으로하는 역상 보호 계전기.