KR20110094431A

KR20110094431A - 전력 품질의 계측 장치

Info

Publication number: KR20110094431A
Application number: KR1020100013797A
Authority: KR
Inventors: 한왕희; 신상택; 성인석
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2011-08-24

Abstract

본 발명은 전력 계통으로부터 인가된 전압 및 전류 신호를 미리 설정된 기준 횟수 이상으로 샘플링하여 복수의 샘플링 데이터로 변환하는 A/D 컨버터부와, 샘플링 데이터 사이의 기울기를 측정하여 기울기 값을 산출하고, 산출된 기울기 값과 미리 저장된 기준 값을 비교하여 이상이 발생하였는지 검출하며, 이상이 발생한 것으로 검출되면, 이상이 검출된 시점을 기준으로 일정 시점 전 및 후의 데이터가 저장되도록 제어하는 제어부를 포함하는 전력 품질의 계측 장치로 과도전압이나 전류와 같이 짧은 시간 내에 데이터의 수치가 급격하게 변하는 이상을 검출할 수 있는 장점이 있다.

Description

전력 품질의 계측 장치{Measurement apparatus of power quality}

본 발명은 전력 품질의 계측 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력 계통의 이상 발생을 감지하고 전력 품질을 계측하는 전력 품질의 계측 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전력 품질 계측 장치는 전력 계통(발전 및 송배전 단계의 전력시스템) 즉, 전원 측과 부하 기기(모터) 사이에 접속 설치되어 전력 계통 및 부하 기기의 이상 및 사고 발생 시 이를 알리고 전력 계통과 부하 기기 간의 회로를 차단하여 전력 계통 및 부하 기기를 보호하거나 전력 품질을 분석하여 사고를 사전에 예방할 수 있도록 한다.

이러한 전력 품질 계측 장치는 아날로그 형태의 전압 및 전류 신호를 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하고, 변환된 디지털 데이터를 이용하여 실효값(RMS: Root Mean Square)을 산출하고, 산출된 실효값과 기준값과의 비교를 통해 사고의 발생을 감지하였다.

그러나, 실효값을 검출하기 위해서는 최소 반 주기 이상의 데이터가 필요하였으나, 과도전압 및 전류(transient)와 같이 주기 내에서 급격하게 수치가 변하는 경우에는 실효값에 변화가 거의 없으므로 감지가 어려웠다.

본 발명의 사상은 전압 및 전류 신호를 미리 설정된 기준 횟수 이상으로 샘플링하고, 샘플링된 데이터 사이의 기울기를 이용하여 과도전압 및 전류와 같은 이상을 검출함으로써 전력 품질을 계측할 수 있는 전력 품질의 계측 장치를 제공함에 있다.

이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 전력 품질의 계측 장치는 전력 계통으로부터 인가된 전압 및 전류 신호를 미리 설정된 기준 횟수 이상으로 샘플링하여 복수의 샘플링 데이터로 변환하는 A/D 컨버터부와, 샘플링 데이터 사이의 기울기를 측정하여 기울기 값을 산출하고, 산출된 기울기 값과 미리 저장된 기준 값을 비교하여 이상이 발생하였는지 검출하며, 이상이 발생한 것으로 검출되면, 이상이 검출된 시점을 기준으로 일정 시점 전 및 후의 데이터가 저장되도록 제어하는 제어부를 포함한다.

여기서, 제어부는 산출된 기울기 값이 상기 기준 값보다 큰 경우, 과도 전압이나 전류와 같은 이상이 발생한 것으로 계측한다.

또한, 기울기 값은 시간에 따른 전압, 전류 또는 전력 값이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 전력 품질의 계측 장치에 따르면, 기존에 측정이 가능했던 고조파 노이즈, Sag/Swell, 플리커(Flicker) 등의 사고뿐만 아니라 기존에 측정이 불가능했던 과도전압이나 전류(짧은 시간 내에 데이터의 수치가 급격하게 변하는 형태)와 같은 이상도 검출할 수 있는 장점이 있다.

또한, 전압 및 전류 신호를 미리 설정된 기준 횟수 이상으로 샘플링(고속으로 샘플링)하기 때문에 보다 빠른 속도로 전력 품질을 분석할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전력 품질의 계측 장치의 제어 블록도이다.
도 2는 과도전압이 발생된 경우, 시간에 따른 샘플링 데이터의 일례를 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 전력 품질의 계측 과정을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전력 품질의 계측 장치의 제어 블록도 및 도 2는 과도전압이 발생된 경우, 시간에 따른 샘플링 데이터의 일례를 보여주는 그래프이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 전력 품질의 계측 장치(1)는 변성기(10), A/D 컨버터부(20), 제어부(30), 저장부(40), 입력부(50), 표시부(60) 및 통신부(70)를 포함하여 구성된다.

변성기(10)는 전압 변성기(PT : Potential Transformer, 11) 및 전류 변성기(CT : Current Transformer, 12)로 나누어지며, 전압 변성기(11)는 전력 계통으로부터 인가받은 전압 신호를 일정 비율이 낮은 전압 신호로 변환하고, 전류 변성기(12)는 전력 계통으로부터 인가받은 전류 신호를 일정 비율이 낮은 전류 신호로 변환한다.

A/D 컨버터부(20)는 연속적으로 변화하는 아날로그 데이터를 일정 시간 간격에 따라 이산적인 디지털 데이터로 변환시키는 수단으로서, 아날로그 형태의 전압 및 전류 신호를 미리 설정된 기준 횟수 이상으로 샘플링(Sampling)하여 복수의 디지털 형태의 샘플링 데이터로 변환한다.

보다 구체적으로 예를 들면, 종래의 A/D 컨버터는 전압 및 전류 신호를 한 주기당 대략 32 ~ 128 번 샘플링(저속 샘플링)하도록 구성된 반면에, 본 발명의 일실시예에 의한 A/D 컨버터부(20)는 전압 및 전류 신호를 한 주기당 1024 ~ 2048 번 이상으로 샘플링(고속 샘플링)하도록 구성되어 종래에 비해 많은 샘플링 데이터를 획득할 수 있으며, 추후 사고 분석 시 샘플링 데이터들을 이용하여 정확하게 전력 품질을 계측할 수 있다.

한편, 상기에서 기술한 1024 ~ 2048 번과 같은 샘플링 횟수는 예일 뿐 이것으로 한정되지 않으며, A/D 컨버터의 종류나 상태 및 계측 장치 등에 따라서 다양한 횟수로 샘플링 가능하다.

제어부(30)는 전력 품질 계측 장치(1)의 제어를 전반적으로 담당하는 마이컴으로서, 샘플링 데이터들 사이의 기울기를 측정하여 기울기 값을 산출한다.

도 2를 참조하여 상세하게 설명하면, 시간(t)이 25초일 때 전압(V)에 대한 샘플링 데이터는 대략 0.15V이고, 시간(t)이 26초일 때 전압(V)에 대한 샘플링 데이터가 0.6V일 경우, 제어부(30)는 시간(t) 정보인 26에서 25를 감산하여 시간 차의 정보(△t)인 26 - 25 = 1 을 산출하고, 전압(V)에 대한 샘플링 데이터인 0.6V에서 0.15V를 감산하여 전압(V)에 대한 샘플링 데이터의 차(△V)인 0.6 - 0.15 = 0.45V를 산출하고, 전압(V)에 대한 샘플링 데이터의 차(△V)를 시간 차(△t)의 정보로 나누어(0.45 / 1 = 0.45) 이들의 기울기인 0.45V를 측정하여 0.45V의 기울기 값을 산출한다.

또한, 제어부(30)는 산출된 기울기 값과 미리 저장된 기준 값을 비교하여 산출된 기울기 값이 기준 값보다 큰 경우, 과도 전압이나 전류와 같은 이상이 있는 것으로 검출하여 저장부(40)에 데이터를 저장함으로써 추후 전력 품질의 계측 시 이용할 수 있도록 한다.

예를 들어, 미리 저장된 기준 값이 0.3V일 경우, 제어부(30)는 앞서 산출된 기울기 값인 0.45V와 기준 값인 0.3V를 비교하고, 그 비교결과, 산출된 기울기 값이 기준 값보다 크다(0.45 > 0.3)고 판단되므로 과도 전압이나 전류가 발생한 것으로 판단하여 샘플링 데이터, 이상이 발생한 시점의 시간 정보 및 이상의 종류 등을 저장부(40)에 저장한다.

저장부(40)는 일련의 처리 프로그램을 저장하는 롬(ROM : Read Only Memory) 및 연산 결과를 임시 저장하는 램(RAM : Random Access Memory)을 포함하는 저장 수단으로서, 과도 전압이나 전류와 같은 이상이 검출되면, 이상이 검출된 시점을 기준으로 하여 일정 시점 전/후의 샘플링 데이터, 시간 정보 및 이상의 종류 등을 저장하여 추후 전력 품질의 계측 시 저장부(40)에 저장된 샘플링 데이터를 이용할 수 있도록 한다.

이외에 저장부(40)는 각종 계측값, 상태정보 및 이벤트 데이터를 저장한다.

입력부(50)는 전력 품질 계측 장치(1)의 종류에 따라 선택하는 상태 및 동작 조건 등의 정보를 제어부(30)에 입력한다.

표시부(60)는 제어부(30)와 접속되며, 제어부(30)로부터의 표시 제어 신호에 따라 전력 계통이나 부하 기기의 전압, 전류, 온도 또는 사고 여부와 같은 상태 정보 및 동작 정보를 표시하는 수단으로, 예컨대 액정 표시 수단(Liquid Crystal Display)이나 발광 표시 소자(Light Emitting Device) 등으로 구성될 수 있다.

통신부(70)는 전력 품질 계측 장치(1)와 외부 수단과의 통신 기능을 담당한다.

이외에 전력 품질 계측 장치(1)는 입력은 제어부(30)에 접속되고, 출력은 전력 품질 계측 장치(1)의 외부에 접속되는 회로 차단기에 접속되어, 제어부(30)의 제어에 따라서 예컨대 제어부(30)가 외부 회로 차단기의 차단구동을 명령하는 제어신호를 출력하는 경우 그에 따라 외부 회로 차단기에 차단구동 신호(일명 TRIP 구동 신호)를 출력하는 DO부(Direct Output)(미도시)와 외부로부터 인가되는 제어 신호를 제어부(30)로 전달하여 제어 신호에 따라 동작할 수 있도록 하는 DI부(Direct Input)(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 전력 품질 계측 장치의 계측과정을 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 전력 품질의 계측 과정을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 변성기(10)에서는 전력 계통으로부터 인가되는 전압 및 전류 신호를 일정 비율이 낮은 전압 및 전류 신호로 변환한다(S300).

A/D 컨버터부(20)에서는 변환된 전압 및 전류 신호를 미리 설정된 기준 횟수 이상(예컨대, n개)으로 샘플링하여 n개의 샘플링 데이터로 변환한다(S310).

다음으로, 제어부(30)는 샘플링 데이터들 사이의 기울기를 측정하여 기울기 값을 산출한다(S320). 이때, 기울기 값은 시간(t)에 따른 전압(V), 전류(I) 또는 전력(W) 값으로 구성된다.

그리고, 제어부(30)에서는 산출된 기울기 값과 미리 저장된 기준 값을 비교하여 산출된 기울기 값이 기준 값보다 큰 경우(S330 단계의 '예'), 과도 전압이나 전류와 같은 이상이 발생한 것으로 검출한다(S340).

340단계에서 이상이 검출되면, 이상이 발생한 시점을 기준으로 하여 일정 시점 전/후의 데이터(샘플링 데이터, 시간 정보 및 이상 종류 등)를 저장하여 추후 전력 품질의 계측 시 저장부(40)에 저장된 샘플링 데이터를 이용할 수 있도록 한다(S350).

1...전력 품질의 계측 장치 10...변성기
20...A/D 컨버터부 30...제어부
40...저장부

Claims

전력 계통으로부터 인가된 전압 및 전류 신호를 미리 설정된 기준 횟수 이상으로 샘플링하여 복수의 샘플링 데이터로 변환하는 A/D 컨버터부;
상기 샘플링 데이터 사이의 기울기를 측정하여 기울기 값을 산출하고, 상기 산출된 기울기 값과 미리 저장된 기준 값을 비교하여 이상이 발생하였는지 검출하며, 상기 이상이 발생한 것으로 검출되면, 상기 이상이 검출된 시점을 기준으로 일정 시점 전 및 후의 데이터가 저장되도록 제어하는 제어부를 포함하는 전력 품질의 계측 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 산출된 기울기 값이 상기 기준 값보다 큰 경우, 과도 전압이나 전류와 같은 이상이 발생한 것으로 검출하는 전력 품질의 계측 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기울기 값은,
시간에 따른 전압, 전류 또는 전력 값인 전력 품질의 계측 장치.