KR20130055341A - 전력량계 시스템의 신호 변환 장치, 전력량계 시스템 및 전력량계 시스템의 신호 변환 방법 - Google Patents

전력량계 시스템의 신호 변환 장치, 전력량계 시스템 및 전력량계 시스템의 신호 변환 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130055341A
KR20130055341A KR1020110121039A KR20110121039A KR20130055341A KR 20130055341 A KR20130055341 A KR 20130055341A KR 1020110121039 A KR1020110121039 A KR 1020110121039A KR 20110121039 A KR20110121039 A KR 20110121039A KR 20130055341 A KR20130055341 A KR 20130055341A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
frequency
digital
current
voltage signals
Prior art date
Application number
KR1020110121039A
Other languages
English (en)
Inventor
강신재
Original Assignee
삼성전기주식회사
한국전력공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사, 한국전력공사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020110121039A priority Critical patent/KR20130055341A/ko
Priority to US13/678,487 priority patent/US20130176016A1/en
Publication of KR20130055341A publication Critical patent/KR20130055341A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/002—Provisions or arrangements for saving power, e.g. by allowing a sleep mode, using lower supply voltage for downstream stages, using multiple clock domains or by selectively turning on stages when needed
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R22/00—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters
    • G01R22/06—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/06—Arrangements for measuring electric power or power factor by measuring current and voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30—Delta-sigma modulation
    • H03M3/458—Analogue/digital converters using delta-sigma modulation as an intermediate step
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30—Delta-sigma modulation
    • H03M3/458—Analogue/digital converters using delta-sigma modulation as an intermediate step
    • H03M3/466—Multiplexed conversion systems
    • H03M3/472—Shared, i.e. using a single converter for multiple channels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/133—Arrangements for measuring electric power or power factor by using digital technique

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Abstract

본 발명은 전력량계 시스템의 신호 변환 장치, 전력량계 시스템 및 전력량계 시스템의 신호 변환 방법에 관한 것이다. 본 발명의 하나의 실시 예에 따라, 감지된 전류 및 전압 신호가 서로 다른 주파수 대역을 갖도록 적어도 하나의 신호의 주파수를 천이주파수만큼 천이시키는 주파수 천이부; 서로 다른 주파수 대역을 갖는 전류 및 전압 신호를 하나의 신호로 결합하는 신호결합부; 및 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부; 를 포함하여 이루어지는 전력량계 시스템의 신호 변환 장치가 제안된다. 또한, 그를 포함하는 전력량계 시스템 및 전력량계 시스템의 신호 변환 방법이 제안된다.

Description

전력량계 시스템의 신호 변환 장치, 전력량계 시스템 및 전력량계 시스템의 신호 변환 방법{APPARATUS FOR CONVERTING SIGNAL OF POWER METERING SYSTEM, POWER METERING SYSTEM AND METHOD FOR CONVERTING SIGNAL OF POWER METERING SYSTEM}
본 발명은 전력량계 시스템의 신호 변환 장치, 전력량계 시스템 및 전력량계 시스템의 신호 변환 방법에 관한 것이다. 구체적으로는 전류 및 전압 신호의 주파수를 업 컨버팅하여 하나의 신호로 결합하여 처리하는 전력량계 시스템의 신호 변환 장치, 전력량계 시스템 및 전력량계 시스템의 신호 변환 방법에 관한 것이다.
최근 정보통신 기술과 전력기술의 융합을 통한 스마트 그리드 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 스마트 그리드를 구현하기 위해, 전력사용량을 정확히 계량하고 이를 디지털 정보로 변환하는 전자식 전력량계 기술과 변환된 디지털 정보를 전송하는 통신 기술이 요구되게 된다.
전자식 전력량계는 일반적으로 신호 센싱블럭, 신호 변환블럭, 연산블럭 및 제어블럭으로 구성되는데, 종래에는 단상 또는 3상의 전력신호의 전압과 전류신호를 처리하기 위해 2개(전압 및 전류) 또는 6개(3상의 전압과 전류)의 신호변환블럭(ADC)을 통해 각각 아날로그신호를 디지털 신호로 변환하고 있다. 이에 따라, 큰 시스템 면적과 높은 전류 소모를 야기시킬 수 있다.
종래에는 단상 또는 3상의 전압과 전류신호 각각에 대하여 아날로그-디지털 변환기를 구비하게 되어, 큰 면적의 시스템이 요구되고, 전류의 소모가 많은 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 전류 및 전압 신호의 주파수를 업 컨버팅하여 하나의 신호로 결합하여 처리하도록 함으로써, 하나의 아날로그-디지털 변환기로 신호변환 처리를 할 수 있게 하고자 한다.
또한, 종래에는, 아날로그-디지털 컨버터의 입력 주파수대역이 저주파대역(DC~2KHz)이므로, DC 오프셋과 1/f 잡음에 의한 ADC의 분해능 열화 및 SNR 감소 등의 문제가 있었는데, 본 발명의 하나의 실시 예에 따라, 아날로그-디지털 변환과정에서 DC 오프셋과 1/f 잡음의 영향을 받지 않거나 줄어드는 주파수 대역으로 주파수를 천이시켜 아날로그-디지털 변환을 처리하도록 하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시 예에 따라, 감지된 전류 및 전압 신호가 서로 다른 주파수 대역을 갖도록 적어도 하나의 신호의 주파수를 천이주파수만큼 천이시키는 주파수 천이부; 서로 다른 주파수 대역을 갖는 전류 및 전압 신호를 하나의 신호로 결합하는 신호결합부; 및 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부; 를 포함하여 이루어지는 전력량계 시스템의 신호 변환 장치가 제안된다.
본 발명의 또 하나의 예에서, 주파수 천이부는 감지된 전류 및 전압 신호를 각각 다른 천이주파수만큼 천이시킬 수 있다.
또 하나의 예에서, 전류 및 전압 신호는 3상 신호일 수 있다.
또한, 하나의 예에 따르면, 주파수 천이부는 전류 및 전압 신호가 서로 다른 주파수 대역을 갖도록 양자 모두의 신호의 주파수와 각각 서로 다른 천이주파수를 합성하여 주파수 천이된 중간주파수를 생성하는 주파수합성기이고, 신호결합기는 전력 결합기일 수 있다.
또한, 하나의 예에서, 아날로그-디지털 변환부는: 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 시그마-델타 변조기; 및 변환된 디지털신호로부터 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환하는 디지털필터; 를 포함할 수 있다.
이때, 하나의 예에서, 디지털필터는 데시메이션필터이고, 데시메이션필터는 변환된 디지털신호로부터 저주파통과 대역 필터링 및 다운 샘플링으로 원하는 N비트 디지털 데이터 신호로 변환할 수 있다.
또한, 하나의 예에서, 아날로그-디지털 변환부는 시그마-델타 변조기에서 변환된 디지털신호로부터 저주파대역의 DC 오프셋과 1/f 노이즈 성분을 제거하여 출력하는 대역통과필터를 더 포함할 수 있다.
또 하나의 예에서, 시그마-델타 변조기에서 변환된 디지털신호로부터 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 및 전압 신호에 해당하는 신호로 복원하는 주파수 다운 컨버터를 더 포함하고, 디지털필터는 주파수 다운 컨버터에서 복원된 전류 및 전압 신호로부터 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환할 수 있다.
또한, 다른 하나의 예에서, 변환된 디지털 데이터 신호로부터 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 및 전압 신호를 복원하는 주파수 다운 컨버터를 더 포함할 수 있다.
다음으로, 전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제2 실시 예에 따라, 전류 및 전압 신호를 감지하는 전류 및 전압 센싱블럭; 센싱블럭에서 감지된 신호를 디지털신호로 변환 처리하는 전술한 제1 실시 예들 중의 어느 하나에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 장치; 및 신호 변환 장치에서 출력되는 디지털 데이터 값으로부터 전력량을 산출하는 디지털 처리블럭; 을 포함하여 이루어지는, 전력량계 시스템이 제안된다.
또한, 하나의 예에서, 신호 변환 장치의 아날로그-디지털 변환부는: 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 시그마-델타 변조기; 및 변환된 디지털신호로부터 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환하는 디지털필터; 를 포함하고, 신호 변환 장치는 시그마-델타 변조기에서 변환된 디지털신호로부터 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 및 전압 신호에 해당하는 신호로 복원하는 주파수 다운 컨버터를 더 포함하고, 디지털필터는 주파수 다운 컨버터에서 복원된 전류 및 전압 신호로부터 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환할 수 있다.
또한, 다른 하나의 예에서, 신호 변환 장치의 아날로그-디지털 변환부는: 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 시그마-델타 변조기; 및 변환된 디지털신호로부터 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환하는 디지털필터; 를 포함하고, 신호 변환 장치는 변환된 디지털 데이터 신호로부터 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 및 전압 신호를 복원하는 주파수 다운 컨버터를 더 포함할 수 있다.
다음으로, 전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제3 실시 예에 따라, 감지된 전류 및 전압 신호가 서로 다른 주파수 대역을 갖도록 적어도 하나의 신호의 주파수를 천이주파수만큼 천이시키는 단계; 서로 다른 주파수 대역을 갖는 전류 및 전압 신호를 하나의 신호로 결합하는 단계; 및 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 전력량계 시스템의 신호 변환 방법이 제안된다.
본 발명의 또 하나의 예에서, 주파수를 천이시키는 단계에서 감지된 전류 및 전압 신호를 각각 다른 천이주파수만큼 천이시킬 수 있다.
또 하나의 예에서, 전류 및 전압 신호는 3상 신호일 수 있다.
또한, 하나의 예에서, 디지털신호로 변환하는 단계는: 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 시그마-델타 변조 방식으로 디지털신호로 변환하는 시그마-델타 변조 단계; 및 시그마-델타 변조 단계에서 변환된 디지털신호로부터 디지털필터를 이용하여 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또 하나의 예에 따르면, 디지털필터는 데시메이션필터이고, 디지털 데이터 신호로 변환하는 단계에서는 변환된 디지털신호로부터 데시메이션필터를 이용하여 저주파통과 대역 필터링 및 다운 샘플링으로 원하는 N비트 디지털 데이터 신호로 변환할 수 있다.
또한, 하나의 예에 따르면, 디지털신호로 변환하는 단계는 시그마-델타 변조 단계에서 변환된 디지털신호로부터 대역통과필터를 사용하여 저주파대역의 DC 오프셋과 1/f 노이즈 성분을 제거하여 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
게다가, 하나의 예에 따르면, 시그마-델타 변조 단계에서 변환된 디지털신호로부터 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 및 전압 신호에 해당하는 신호로 복원하는 주파수 다운 컨버팅 단계를 더 포함하고, 디지털필터는 주파수 다운 컨버팅 단계에서 복원된 전류 및 전압 신호로부터 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환할 수 있다.
또한, 다른 하나의 예에서, 변환된 디지털 데이터 신호로부터 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 및 전압 신호를 복원하는 주파수 다운 컨버팅 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 전류 및 전압 신호의 주파수를 업 컨버팅하여 하나의 신호로 결합하여 처리하도록 함으로써, 단상 또는 3상 전력 시스템에서 2개 또는 6개의 전압과 전류 신호들을 하나의 아날로그-디지털 변환기를 통하여 변환 처리할 수 있고, 그에 따라 전력 소모 및 시스템의 크기를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 하나의 실시 예에 따라, 감지된 전류 및 전압신호의 주파수를 서로 다른 주파수 대역으로 천이시켜 아날로그-디지털 변환을 처리함으로써, 서로 다른 주파수 또는 서로 다른 상간의 간섭을 최소화할 수 있다.
게다가, 본 발명의 하나의 실시 예에 따라, 감지된 전류 및 전압신호의 주파수를 서로 다른 주파수 대역으로 천이시켜 아날로그-디지털 변환을 처리함으로써, 아날로그-디지털 변환과정에서 DC 오프셋과 1/f 잡음의 영향을 받지 않거나 최소한으로 줄어들게 되어 높은 SNR을 갖는 신호의 샘플링이 가능하게 된다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따라 직접적으로 언급되지 않은 다양한 효과들이 본 발명의 실시 예들에 따른 다양한 구성들로부터 당해 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에 의해 도출될 수 있음은 자명하다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 또 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 장치를 포함하는 전력량계 시스템을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 장치를 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에서 센싱블럭에 감지된 신호 성분과 천이주파수를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에서 주파수 천이부에 의해 천이된 신호 성분을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에서 신호결합부에 의해 결합된 신호 성분을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에서 시그마-델타 변조기에 의한 출력 주파수 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에서 주파수 다운 컨버터 및 디지털 필터에 의해 처리되는 신호 성분을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 방법의 일부 공정을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 다른 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 다른 또 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 본 설명에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 이해를 도모하기 위하여 부차적인 설명은 생략될 수도 있다.
본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소와 연결, 결합 또는 배치 관계에서 '직접'이라는 한정이 없는 이상, '직접 연결, 결합 또는 배치'되는 형태뿐만 아니라 그들 사이에 또 다른 구성요소가 개재됨으로써 연결, 결합 또는 배치되는 형태로도 존재할 수 있다. 또한, '상에', '위에', '하부에', '아래에' 등의 '접촉'의 의미를 내포할 수 있는 용어들이 포함된 경우도 마찬가지이다. 방향을 나타내는 용어들은 기준이 되는 요소가 뒤집어지거나 그의 방향이 바뀌는 경우 그에 따른 대응되는 상대적인 방향 개념을 내포하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에 비록 단수적 표현이 기재되어 있을지라도, 발명의 개념에 반하거나 명백히 다르거나 모순되게 해석되지 않는 이상 복수의 구성 전체를 대표하는 개념으로 사용될 수 있음에 유의하여야 한다. 본 명세서에서 '포함하는', '갖는', '구비하는', '포함하여 이루어지는' 등의 기재는 하나 또는 그 이상의 다른 구성요소 또는 그들의 조합의 존재 또는 부가 가능성이 있는 것으로 이해되어야 한다.
우선, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 장치를 도면을 참조하여 구체적으로 살펴본다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이고, 도 2a 및 2b는 본 발명의 또 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이고, 도 3은 본 발명의 또 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 장치를 포함하는 전력량계 시스템을 개략적으로 나타내는 블럭도이고, 도 4는 본 발명의 또 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 장치를 개략적으로 나타내는 블럭도이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에서 센싱블럭에 감지된 신호 성분과 천이주파수를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에서 주파수 천이부에 의해 천이된 신호 성분을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에서 신호결합부에 의해 결합된 신호 성분을 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에서 시그마-델타 변조기에 의한 출력 주파수 스펙트럼을 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에서 주파수 다운 컨버터 및 디지털 필터에 의해 처리되는 신호 성분을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 장치는 주파수 천이부(10), 신호결합부(30) 및 아날로그-디지털 변환부(50)를 포함하여 이루어진다.
주파수 천이부(10)는 감지된 전류 및 전압 신호가 서로 다른 주파수 대역을 갖도록 적어도 하나의 신호의 주파수를 천이주파수만큼 천이시킨다. 주파수 천이부(10)에서 전류 및 전압 신호가 서로 다른 주파수 대역을 갖도록 적어도 하나의 신호의 주파수를 천이주파수만큼 천이시켜 중간주파수를 갖도록 함으로써, 주파수 대역의 충돌없이 하나의 신호로 결합할 수 있게 된다. 예컨대, 단상 시스템의 경우 전류 및 전압 신호 중 어느 하나의 신호의 주파수에 대하여 천이주파수만큼 천이시키거나 전류 및 전압 신호 양자의 주파수에 대하여 서로 다른 천이주파수만큼 천이시켜 전류 및 전압 신호가 서로 다른 주파수 대역을 갖도록 할 수 있다. 이때, 감지된 전압 및 전류신호의 기본주파수 신호(~60Hz)는 신호변환 시 요구되는 기준전압을 공급하는 전압 레퍼런스(Voltage Reference) 블럭과 ADC와 같은 신호변환블럭의 DC 오프셋 및 1/f 잡음의 영향으로 열화가 되어, 전력 미터링 시스템의 중요 특성인 정확도의 열화를 야기하게 되므로, 주파수를 천이시킬 필요가 있다. 이때, 천이주파수는 아날로그-디지털 변환 과정에서 저주파대역에서의 DC 오프셋과 1/f 잡음의 영향을 받지 않는 주파수 대역으로 천이시킬 수 있는 주파수일 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 하나의 예에서, 주파수 천이부(10)는 감지된 전류 및 전압 신호를 각각 다른 천이주파수만큼 천이시킬 수 있다. 본 실시 예에 따라, 감지된 전류 및 전압 신호 모두에 대하여 각각 다른 천이주파수만큼 천이시킴으로써, 아날로그-디지털 변환 과정에서 저주파대역에서의 DC 오프셋과 1/f 잡음에 의한 아날로그-디지털 컨버팅의 분해능(Resolution) 열화 및 SNR 감소 등을 방지할 수 있다.
일반적으로 전력선의 신호는 110V나 220V의 세기와 60Hz의 기본주파수의 특성을 가지는데, 이때, 주파수 성분은 전력공급원과 전력 공급선 경로 상의 비선형 특성으로 인하여 고조파(Harmonic) 성분들이 발생하게 된다. 일반적으로 전력량계는 20차 고조파 성분(1.2KHz)까지 분석을 하므로, 주파수 천이된 전압신호와 전류신호의 중간주파수가 예컨대 1.2KHz 이상의 천이 간격을 갖도록 할 수 있다.
도 3 및 5를 참조하면, 전류 및 전압 센싱블럭(5, 6)에서 전력선 상의 전류와 전압 신호를 검출한다. 이때, 전류 신호와 전압 신호는 전압 신호의 형태로 검출할 수 있고, 해당 전압신호의 크기는 각각 아날로그-디지털 변환을 위한 입력 범위에 맞추기 위해서 일정한 비율로 센싱블럭에서 감쇄되어 조정된다. 예컨대, 전류신호 센싱블럭(6)은 변류기(CT) 및 션트(Shunt) 저항, 홀 센서(Hall Sensor) 등을 통하여 전압신호로 검출할 수 있다. 전류 및 전압 센싱블럭(5, 6)에서 검출된 전류 신호와 전압신호 결합시 주파수가 중첩되지 않도록 하기 위하여, 주파수 천이부(10)는 전류신호와 전압신호 각각 다른 천이주파수만큼 천이시키거나 전류 및 전압 신호 중 어느 하나의 신호를 천이주파수만큼 천이시킨다.
도 1 내지 3을 참조하면, 하나의 예에서, 주파수 천이부(10)는 전류 및 전압 신호가 서로 다른 주파수 대역을 갖도록, 적어도 하나의 신호의 주파수와 천이주파수를 합성하거나 양자 모두의 신호의 주파수와 각각 서로 다른 천이주파수를 합성하여 주파수 천이된 중간주파수를 생성하는 주파수합성기(Frequency Mixer)(10)일 수 있다.
도 5 및 6을 참조하면, 주파수 합성기(10)는 각각의 전압 및 전류의 센싱블럭(5, 6)에 의해 감지된 fo1과 fo2의 기본 주파수(Fundamental Frequency) 성분(DC~2KHz)을 갖는 전압과 전류의 각각의 신호들을 주파수 발생기(Frequency Generator)(70)에 의해 생성된 fc1 및 fc2의 천이주파수를 갖는 신호와 합성하여, fm1 및 fm2의 중간주파수(Intermediate Frequency)에 해당하는 신호를 생성하게 된다. 센싱블럭(5, 6)에 의해 감지된 fo1과 fo2의 기본 주파수 성분은 저주파대역에 존재하므로, 아날로그-디지털 변환 과정에서 저주파대역에서의 DC 오프셋과 1/f 잡음에 의한 영향을 받지 않도록 천이주파수만큼 천이시킬 수 있다. 여기서, fm1은 fo1 + fc1 이고, fm2는 fo2 + fc2 이다. 즉, 예컨대 60Hz의 기본 주파수(f0)를 가진 전압 및 전류 검출 신호는 주파수 합성기(10)에 의해 fc1과 fc2의 천이주파수로 업-컨버젼(Up-conversion)하여, 도 6과 같이 fm1과 fm2의 중간주파수를 가진 전압 및 전류 변환 신호를 생성하게 된다. 도 5에서, fo1은 감지된 전압 신호의 기본 주파수이고, fo2는 감지된 전류신호의 기본 주파수이다. 이때, 기본 주파수는 예컨대 50 또는 60Hz 대역의 동일주파수이므로, 각각 다른 천이주파수를 가지고 천이시킬 필요가 있다. 주파수 대역을 달리하도록 하기 위해, 전압신호에 대한 천이주파수 fc1, 예컨대 1KHz 주파수와 전류신호에 대한 천이주파수 fc2, 예컨대 2KHz 주파수를 각각 기본주파수와 합성하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 전압신호에 대한 중간주파수 fm1, 예컨대 1.06KHz 주파수와 전류신호에 대한 중간주파수 fm2, 예컨대 2.06KHz 주파수로 주파수를 변환시킨다. 도 6에서 전압신호에 대한 중간주파수 fm1과 전류신호에 대한 중간주파수 fm2는 주파수 대역을 달리하므로 하나의 신호로 결합할 수 있게 된다. 이때, 기본주파수 fo1와 fo2를 가지고 설명하였으나, 센싱된 전압신호 및 전류신호에 기본주파수 외에 고조파 성분들도 포함될 수 있고, 이러한 고조파 성분들도 마찬가지로 일체로 주파수 천이되고, 함께 하나의 신호로 결합될 수 있다. 또한, 천이주파수 fc1의 1KHz와 천이주파수 fc2의 2KHz는 발명의 이해를 돕기 위해 예시되는 것으로 발명의 범위를 한정하지 않는다.
본 실시 예에 따른 주파수 컨버전을 통하여 각각의 주파수 대역에서 아날로그-디지털 변환을 수행하므로, 서로 다른 주파수 대역이나 서로 다른 상간의 간섭을 최소화할 수 있다.
하나의 예에서, 전류 및 전압 신호는 단상일 수도 있으며, 또는 도 4에 도시된 바와 같이 3상 신호일 수도 있다. 3상 시스템의 경우, 주파수 천이부(10)는 3상의 전압 및 전류 신호 각각이 서로 다른 주파수 대역을 갖도록 주파수를 천이시킨다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이 3상의 전압 및 전류 신호 모두를 각각 다른 천이주파수만큼 천이시키거나 또는, 도시되지 않았으나, 3상의 전압 및 전류 신호 중 어느 하나를 제외하고 나머지 신호를 각각 다른 천이주파수만큼 천이시킴으로써 3상의 전압 및 전류 신호 모두가 서로 다른 주파수 대역을 갖도록 할 수 있다.
3상 신호인 경우, 주파수 합성기(10)는 각 상마다 필요하므로, 예컨대 6개 또는 3상 4선식의 경우 7개의 주파수 합성기(10)가 요구될 수 있다. 또는, 3상의 전압 및 전류 신호 중 어느 하나를 제외하고 나머지 신호를 각각 다른 천이주파수만큼 천이시키는 경우에는 5개의 주파수 합성기(10)만이 구비될 수도 있다. 도 4를 참조하면, 3상 신호인 경우를 나타내고 있는데, 주파수 합성기(10)가 예컨대 6개가 도시되어 있다.
도 1에서, 신호결합부(30)는 서로 다른 주파수 대역을 갖는 전류 및 전압 신호를 하나의 신호로 결합한다.
또한, 도 1 내지 3을 참조하면, 하나의 예에서, 신호결합기(30)는 전력 결합기(Power Combiner)(30)일 수 있다. 도 1에서, 예컨대, 주파수 천이된 전압신호 중간주파수 fm1과 주파수 천이된 전류신호 중간주파수 fm2가 전력 결합기(30)에 의해 하나의 신호로 결합된다. 도 4를 참조하면, 3상 신호의 경우 예컨대 6개의 주파수 합성기(10)로부터 각각 다른 주파수로 천이된 6개의 주파수 신호가 하나의 전력 결합기(30)에서 각각 주파수대역을 달리하는 하나의 신호로 결합될 수 있다. 도 7을 참조하면, 전력 결합기(30)는 주파수 천이된 전압신호 중간주파수 fm1과 주파수 천이된 전류신호 중간주파수 fm2의 주파수 스펙트럼을 갖는 하나의 신호를 생성하게 된다.
다음으로, 도 1에서, 아날로그-디지털 변환부(50)는 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 디지털신호로 변환한다. 아날로그-디지털 변환부(50)는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)와 필터로 이루어질 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터는 결합된 하나의 아날로그신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호는 노이즈 제거와 필요한 주파수 대역 신호만을 얻기 위해서 필터를 통과하게 된다. 일반적으로 전력량계를 위한 아날로그-디지털 변환기는 15비트 이상의 분해능을 가지고 있다.
일반적으로 전력선의 신호는 110V나 220V의 세기와 60Hz의 주파수의 특성을 가지는데, 이때, 주파수 성분은 전력공급원과 전력 공급선 경로상의 비선형 특성으로 인하여 고조파(Harmonic) 성분들이 발생하게 된다. 일반적으로 전력량계는 20차 고조파 성분(1.2KHz)까지 분석을 하므로, 아날로그-디지털 변환부(50)는 신호결합부(30)에 결합된 하나의 신호에 포함된 주파수 천이된 전류 및 전압의 기본주파수 신호와 고조파 성분들로 이루어진 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해서는 특정한 샘플링 주파수(fSampling, Sampling Frequency)를 가지는 N 비트(bit)의 디지털 신호로 출력되게 된다. 이때, 높은 정확도와 높은 감도 등의 특성을 얻기 위해서 시그마-델타(Sigma-Delta, Σ-Δ) 방식을 사용할 수 있다. 시그마-델타 방식은 변조(Modulation)를 위한 시그마-델타 변조기(51)와 복조(Demodulation)를 위한 데시메이션 필터(Decimation Filter)(53) 부분으로 이루어진다.
본 실시 예에 따라, 예컨대, 단상 및 3상 전력 시스템에서 2개 또는 6개의 전압과 전류 신호들을 하나의 아날로그-디지털 변환기(50)를 통하여 변환할 수 있으므로, 전력 소모 및 시스템의 크기를 감소시킬 수 있다.
또한, 하나의 예에서, 아날로그-디지털 변환부(50)는 시그마-델타 변조기(51) 및 디지털필터(53)를 포함할 수 있다. 이때, 시그마-델타 변조기(51)는 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 시그마-델타 방식으로 변조하여 디지털신호로 변환시킨다. 디지털필터(53)는 변환된 디지털신호로부터 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환시킨다. 도 8을 참조하면, 주파수 천이된 전압신호 중간주파수 fm1과 주파수 천이된 전류신호 중간주파수 fm2 대역을 갖는 하나의 신호에 대한 시그마-델타 변조기(51)의 출력 주파수 스펙트럼이 도시되어 있다. 이때, 저주파대역에 DC 오프셋과 1/f 노이즈가 형성되고, 고유의 노이즈 전달함수(Noise Transfer Function)에 의해 저주파 대역 대비 고주파수 대역에서 높은 노이즈 주파수 스펙트럼을 생성한다.
이때, 도 2a, 2b, 3 및 4를 참조하면, 하나의 예에서, 디지털필터(53)는 데시메이션필터일 수 있다. 데시메이션 필터(53)는 변환된 디지털신호로부터 저주파통과 대역 필터링 및 다운 샘플링으로 원하는 N비트 디지털 데이터 신호로 변환시킬 수 있다.
여기서 데시메이션 필터(53)는 CIC 및 Sinc, Half-Band 등의 필터들을 포함하여 이루어질 수 있다. 데시메이션 필터(53)는 도 8에 도시된 시그마-델타 변조기(51)의 NTF(Noise Transfer Function)에 의한 높은 주파수대역의 잡음을 제거할 수 있다. 또한, 데시메이션 필터(53)는 OSR(Over Sampling Ratio)에 맞는 샘플링 레이트의 출력 데이터를 생성하게 된다.
구체적으로 설명하면, 신호결합부(30)에 결합된 하나의 신호에 포함된 주파수 천이된 전류 및 전압의 기본주파수 신호와 고조파 성분들로 이루어진 아날로그 신호가 시그마-델타 변조기(51)에 입력된다. 이때, 시그마-델타 변조기(51)는 오버 샘플링주파수(Over Sampling Frequency, fM)의 주기로 샘플링 및 변조하여 1비트의 디지털 신호로 변환할 수 있다. 실제 신호주파수보다 오버샘플링된 1bit의 변조 신호는 데시메이션 필터(53)에서 복조되어 원하는 샘플링 주파수(Sampling Frequency, fSampling)로 복원되게 된다. 이때, 오버 샘플링 주파수는 수 MHz 대역이며 샘플링 주파수는 대략 2KHz ~ 10KHz 대역을 가질 수 있다. 일반적으로 샘플링 주파수는 60Hz의 기본 주파수 성분과 1차~20차 고조파 성분(120Hz ~ 1.2KHz)를 포함한 주파수 대역(fBW)의 신호의 2배수인 2.4KHz 이상을 가질 수 있는데, 본 발명의 실시 예에서는 신호 결합부에서 주파수 천이된 전류 및 전압 신호가 하나의 신호에 포함되어 있으므로, 천이주파수를 고려하여 샘플링 주파수를 결정할 수 있다. 예컨대,
또한, 도 3을 참조하면, 하나의 예에서, 아날로그-디지털 변환부(50)는 시그마-델타 변조기(51)에서 변환된 디지털신호로부터 저주파대역의 DC 오프셋과 1/f 노이즈 성분을 제거하여 출력하는 대역통과필터(55)를 더 포함할 수 있다. 이때, 대역통과필터(55)는 하이패스필터(HPF)(55) 또는 밴드패스필터(BPF)일 수 있다. 도 8에서 저주파대역에 형성된 DC 오프셋과 1/f 노이즈는 하이패스필터(HPF)(55) 또는 밴드패스필터(BPF)를 통과하며 제거될 수 있다. 도 2a 및 2b에 도시되지 않았으나, 시그마-델타 변조기(51) 다음에 대역통과필터(55)가 구비될 수 있다.
본 실시 예에 따라, 시그마-델타 변조기(51)에 의한 DC 오프셋과 1/f 잡음의 영향을 받지 않고, 더 높은 SNR을 갖는 신호의 샘플링이 가능하다.
또한, 도 2a 및 2b를 참조하여 하나의 예를 살펴보면, 전력량계 시스템의 신호 변환 장치는 주파수 다운 컨버터(60)를 더 포함할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 주파수 다운 컨버터(60)는 시그마-델타 변조기(51)에서 변환된 디지털신호로부터 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 및 전압 신호에 해당하는 신호로 복원한다. 이때, 주파수 다운 컨버터(60)는 주파수 천이된 전류 또는 전압 신호에 대해서 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 또는 전압 신호를 복원할 수 있다. 이때, 도시되지 않았으나, 하나의 예에서, 해당 주파수별로 시간 분할 처리를 위하여 멀티플렉서가 주파수 다운 컨버터(60) 앞 단에 삽입될 수도 있다.
이때, 도 2a를 참조하면, 디지털필터(53)는 주파수 다운 컨버터(60)에서 복원된 전류 및 전압 신호로부터 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환할 수 있다. 만일, 주파수가 천이되지 않은 신호가 있는 경우에는 주파수 다운 컨버터(60)에서 천이주파수만큼 하향 천이시키는 과정을 거치지 않고 분리되어 디지털필터(53)로 입력되는 경우 직접 디지털필터(53)에서 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환될 수 있다.
주파수 다운 컨버터(60)는 예컨대, 하이패스필터에 의한 전압 신호 및 전류 신호를 각각의 천이주파수(fc1 및 fc2)만큼 주파수를 하향 천이시켜, fo1의 주파수의 전압 신호와 fo2의 주파수의 전류 신호를 각각 분리하여 생성하게 된다. 전력 결합기(30)에서 하나의 신호로 결합된 신호는 각각의 주파수 다운 컨버터(60)에 의하여, 전압 및 전류 신호로 복원된다. 이때, 예컨대 데시메이션 필터(53)는 저주파통과 대역 필터링 및 다운 샘플링으로 원하는 N비트 디지털 데이터 신호로 변환시킬 수 있다.
또한, 도 2b를 참조하면, 다른 하나의 예에서, 주파수 다운 컨버터(60)와 디지털필터(53)의 순서를 바꾸어 처리할 수 있다. 즉, 주파수 다운 컨버터(60)는 디지털필터(53)에서 변환된 디지털 데이터 신호로부터 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 및 전압 신호를 복원할 수 있다. 이때, 주파수 다운 컨버터(60)는 주파수 천이된 전류 또는 전압 신호에 대해서 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 또는 전압 신호를 복원할 수 있다. 도시되지 않았으나, 하나의 예에서, 해당 주파수별로 시간 분할 처리를 위하여 멀티플렉서가 주파수 다운 컨버터(60) 앞 단에 삽입될 수도 있다.
도 9를 참조하면, 주파수 다운 컨버터(60) 및 데시메이션 필터(53)에 의해 전압 및 전류 신호에 해당하는 신호가 처리되는 것이 도시되어 있고, 도 9의 (a)는 전압신호에 해당하는 신호가 주파수 다운 컨버터(60)에서 천이주파수만큼 하향 천이되고 데시메이션 필터(53)에서 저주파통과 대역 필터링 및 다운 샘플링으로 원하는 N비트 디지털 데이터 신호로 변환되는 것을 도시하고, 도 9의 (b)는 전류신호에 해당하는 신호가 주파수 다운 컨버터(60)에서 천이주파수만큼 하향 천이되고 데시메이션 필터(53)에서 저주파통과 대역 필터링 및 다운 샘플링으로 원하는 N비트 디지털 데이터 신호로 변환되는 것을 도시하고 있다. 데시메이션 필터(53)는 통과 주파수 대역이 전압신호(fm1)와 전류신호(fm2)의 주파수보다 높기 때문에 전압신호(fm1)와 전류신호(fm2)를 모두 처리할 수 있다.
본 실시 예는 도 4에 도시된 바와 같이, 3상의 전력 미터링 시스템에 적용될 수 있다. 예컨대, 3쌍의 전력 및 전류 신호는 각각의 중간주파수(IF)로 천이 되어 복원되므로, 하나의 아날로그-디지털 컨버터(50)에 의하여 신호를 변환할 수 있다.
단상 및 3상 전력 시스템에서 2개 또는 6개의 전압과 전류 신호들을 하나의 아날로그-디지털 변환기(50)를 통하여 변환하므로, 전력 소모 및 시스템의 크기를 감소 시킬 수 있다.
본 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 장치는 통합회로(Integrate circuit) 또는 시스템-온-칩(System-on-chip)으로 구현될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력량계 시스템을 도면을 참조하여 구체적으로 살펴본다. 본 실시 예를 설명함에 있어서, 다음의 도 3뿐만 아니라 전술한 제1 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 장치 및 도 1, 2, 4 내지 9가 참조될 것이고, 그에 따라 중복되는 설명들은 생략될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 장치를 포함하는 전력량계 시스템을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전력량계 시스템은 전류 및 전압 센싱블럭(5, 6), 신호 변환 장치 및 디지털 처리블럭(200)을 포함하여 이루어질 수 있다. 디지털 처리블럭(200)이 도 3에만 도시되었으나, 도 1, 2a, 2b, 4에도 마찬가지로 구비될 수 있다.
전류 및 전압 센싱블럭(5, 6)은 전류 및 전압 신호를 감지한다. 즉, 전력선의 전압과 전류는 각각의 센서들을 통해 감지하여 각각의 해당 크기의 전압 신호들로 출력할 수 있다. 예컨대, 전류 및 전압 센싱블럭(5, 6)은 전류신호 부분을 감지하기 위한 변류기(Current Transformer)와 전압신호 부분을 감지하기 위한 전압 분배기(Voltage Divider)로 구성될 수 있다. 변류기(Current Transformer)와 전압 분배기(Voltage Divider)는 센싱되는 전력선의 전압과 전류를 예컨대 수천분의 1로 감쇄하고, 감쇄된 크기 만큼의 전압 신호로 출력하게 된다.
이때, 단상의 전류 및 전압 신호를 센싱할 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 3상의 전류 및 전압 신호를 센싱할 수도 있다.
다음으로, 전력량계 시스템의 신호 변환 장치는 전류 및 전압 센싱블럭(5, 6)에서 감지된 신호를 디지털신호로 변환 처리한다. 이때, 전력량계 시스템의 신호 변환 장치는 전술한 제1 실시 예들 중의 어느 하나에 따른 신호 변환 장치일 수 있다.
도 2a를 참조하면, 하나의 예에서, 신호 변환 장치는 시그마-델타 변조기(51)에서 변환된 디지털신호로부터 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 및 전압 신호에 해당하는 신호로 복원하는 주파수 다운 컨버터(60)를 더 포함할 수 있다. 이때, 주파수 다운 컨버터(60)는 주파수 천이된 전류 또는 전압 신호에 대해서 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 또는 전압 신호를 복원할 수 있다.
나아가, 이때, 도 2a를 참조하면, 디지털필터(53)는 주파수 다운 컨버터(60)에서 복원된 전류 및 전압 신호로부터 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환할 수 있다.
또한, 도 2b를 참조하면, 다른 하나의 예에서, 신호 변환 장치는 변환된 디지털 데이터 신호로부터 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 및 전압 신호를 복원하는 주파수 다운 컨버터(60)를 더 포함할 수 있다. 이때, 주파수 다운 컨버터(60)는 주파수 천이된 전류 또는 전압 신호에 대해서 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 또는 전압 신호를 복원할 수 있다.
추가적인 설명은 전술한 제1 실시 예들을 참조하도록 한다.
다음으로, 디지털 처리블럭(200)은 신호 변환 장치에서 출력되는 디지털 데이터 값으로부터 전력량을 산출한다. 디지털 처리블럭(200)은 전력량계에서 요구하는 유효 전력량(Active Power), 무효 전력량(Reactive Power), 역률(Power Factor) 등을 계산하고, 디지털 회로에 의한 적분기, 곱셈기, 필터 등으로 구성될 수 있다.
본 실시 예에 따른 전력량계 시스템은 통합회로(Integrate circuit) 또는 시스템-온-칩(System-on-chip)으로 구현할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 방법을 도면을 참조하여 구체적으로 살펴본다. 본 실시 예를 설명함에 있어서, 다음의 도 10 내지 13뿐만 아니라 전술한 제1 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 장치 및 도 1 내지 9가 참조될 것이고, 그에 따라 중복되는 설명들은 생략될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 11은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 방법의 일부 공정을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 12는 본 발명의 다른 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 13은 본 발명의 다른 또 하나의 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 방법은 주파수를 천이시키는 단계(S100), 하나의 신호로 결합하는 단계(S200) 및 아날로그-디지털 변환 단계(S300)를 포함하여 이루어진다. 또한, 도 12 및 13을 참조하면, 전력량계 시스템의 신호 변환 방법은 주파수 다운 컨버팅 단계(S400)를 더 포함할 수 있다.
도 10의 주파수를 천이시키는 단계(S100)에서는 감지된 전류 및 전압 신호가 서로 다른 주파수 대역을 갖도록 적어도 하나의 신호의 주파수를 천이주파수만큼 천이시킨다. 주파수를 천이시키는 단계(S100)에서는 전류 및 전압 신호가 서로 다른 주파수 대역을 갖도록 함으로써, 충돌없이 하나의 신호로 결합할 수 있게 된다. 예컨대, 단상 시스템의 경우 전류 및 전압 신호 중 어느 하나의 신호의 주파수에 대하여 천이주파수만큼 천이시키거나 전류 및 전압 신호 양자의 주파수에 대하여 서로 다른 천이주파수만큼 천이시켜 전류 및 전압 신호가 서로 다른 주파수 대역을 갖도록 할 수 있다.
이때, 하나의 예에서, 주파수를 천이시키는 단계(S100)에서 감지된 전류 및 전압 신호를 각각 다른 천이주파수만큼 천이시킬 수 있다. 본 실시 예에 따라, 감지된 전류 및 전압 신호 모두에 대하여 각각 다른 천이주파수만큼 천이시킴으로써, 저주파대역에서의 DC 오프셋과 1/f 잡음에 의한 아날로그-디지털 컨버팅의 분해능(Resolution) 열화 및 SNR 감소 등을 방지할 수 있다.
또 하나의 예에서, 전류 및 전압 신호는 단상일 수도 있고, 또는 도 4에 도시된 바와 같이 3상 신호일 수도 있다.
다음, 도 10의 하나의 신호로 결합하는 단계(S200)에서는 서로 다른 주파수 대역을 갖는 전류 및 전압 신호를 하나의 신호로 결합한다.
다음으로, 도 10의 아날로그-디지털 변환 단계(S300)에서는 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 디지털신호로 변환한다.
또한, 하나의 예에서, 아날로그-디지털 변환 단계(S300)는 시그마-델타 변조 단계(S310, S2310) 및 디지털 데이터 신호로 변환하는 단계(S330, S1330, S2330)를 포함할 수 있다. 이때, 시그마-델타 변조 단계(S310, S2310)에서는 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 시그마-델타 변조 방식으로 디지털신호로 변환한다. 또한, 디지털 데이터 신호로 변환하는 단계(S330, S1330, S2330)에서는 시그마-델타 변조 단계(S310, S2310)에서 변환된 디지털신호로부터 디지털필터(53)를 이용하여 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환할 수 있다.
또한, 도 2a, 2b, 3 및 4를 참조하면, 하나의 예에서, 디지털필터(53)는 데시메이션필터(53)일 수 있다. 디지털 데이터 신호로 변환하는 단계(S330, S1330, S2330)에서는 변환된 디지털신호로부터 데시메이션필터(53)를 이용하여 저주파통과 대역 필터링 및 다운 샘플링으로 원하는 N비트 디지털 데이터 신호로 변환할 수 있다.
또한, 도 11을 참조하여, 하나의 예를 살펴보면, 아날로그-디지털 변환 단계(S300)는 시그마-델타 변조 단계(S310)에서 변환된 디지털신호로부터 대역통과필터를 사용하여 저주파대역의 DC 오프셋과 1/f 노이즈 성분을 제거하여 출력하는 단계(S320)를 더 포함할 수 있다. 이때, 대역통과필터는 하이패스필터(HPF) 또는 밴드패스필터(BPF)일 수 있다.
게다가, 도 12 및/또는 13을 참조하여 하나의 예를 살펴보면, 전력량계 시스템의 신호 변환 방법은 주파수 다운 컨버팅 단계(S400, S2400)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 도 12를 참조하면, 주파수 다운 컨버팅 단계(S400)에서는 시그마-델타 변조 단계(S310)에서 변환된 디지털신호로부터 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 및 전압 신호에 해당하는 신호로 복원할 수 있다. 이때, 주파수 다운 컨버팅 단계(S400)에서는 주파수 천이된 전류 또는 전압 신호에 대해서 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 또는 전압 신호를 복원할 수 있다.
게다가, 도 12를 참조하면, 이때, 디지털 데이터 신호로 변환하는 단계(S1330)에서 디지털필터(53)는 주파수 다운 컨버팅 단계(S400)에서 복원된 전류 및 전압 신호로부터 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환할 수 있다.
또한, 도 13을 참조하면, 다른 하나의 예에서, 주파수 다운 컨버팅 단계(S2400)에서는 디지털 데이터 신호로 변환하는 단계(S2330)에서 변환된 디지털 데이터 신호로부터 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 및 전압 신호를 복원할 수 있다. 이때, 주파수 다운 컨버팅 단계(S2400)에서는 주파수 천이된 전류 또는 전압 신호에 대해서 천이주파수만큼 하향 천이시켜 전류 또는 전압 신호를 복원할 수 있다.
이상에서, 전술한 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니라 본 발명에 대한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것이다. 또한, 전술한 구성들의 다양한 조합에 따른 실시 예들이 앞선 구체적인 설명들로부터 당업자에게 자명하게 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시 예는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 기재된 발명에 따라 해석되어야 하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변경, 대안, 균등물들을 포함하고 있다.
5 : 전압신호 센싱블럭 6 : 전류신호 센싱블럭
10 : 주파수 천이부 또는 주파수 합성기
30 : 신호결합부 또는 전력 결합기
50 : 아날로그-디지털 변환부 51 : 시그마-델타 변조기
53 : 디지털필터 또는 데시메이션필터 55 : 하이패스필터(HPF)
60 : 주파수 다운 컨버터 70 : 주파수 발생기
200 : 디지털 처리블럭

Claims (20)

  1. 감지된 전류 및 전압 신호가 서로 다른 주파수 대역을 갖도록 적어도 하나의 신호의 주파수를 천이주파수만큼 천이시키는 주파수 천이부;
    상기 서로 다른 주파수 대역을 갖는 전류 및 전압 신호를 하나의 신호로 결합하는 신호결합부; 및
    상기 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부; 를 포함하여 이루어지는 전력량계 시스템의 신호 변환 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주파수 천이부는 상기 감지된 전류 및 전압 신호를 각각 다른 천이주파수만큼 천이시키는,
    전력량계 시스템의 신호 변환 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 및 전압 신호는 3상 신호인,
    전력량계 시스템의 신호 변환 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 주파수 천이부는 상기 전류 및 전압 신호가 서로 다른 주파수 대역을 갖도록 양자 모두의 신호의 주파수와 각각 서로 다른 천이주파수를 합성하여 주파수 천이된 중간주파수를 생성하는 주파수합성기이고,
    상기 신호결합기는 전력 결합기인,
    전력량계 시스템의 신호 변환 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 아날로그-디지털 변환부는:
    상기 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 시그마-델타 변조기; 및
    상기 변환된 디지털신호로부터 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환하는 디지털필터; 를 포함하는,
    전력량계 시스템의 신호 변환 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 디지털필터는 데시메이션필터이고,
    상기 데시메이션필터는 상기 변환된 디지털신호로부터 저주파통과 대역 필터링 및 다운 샘플링으로 원하는 N비트 디지털 데이터 신호로 변환하는,
    전력량계 시스템의 신호 변환 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 아날로그-디지털 변환부는 상기 시그마-델타 변조기에서 변환된 디지털신호로부터 저주파대역의 DC 오프셋과 1/f 노이즈 성분을 제거하여 출력하는 대역통과필터를 더 포함하는,
    전력량계 시스템의 신호 변환 장치.
  8. 청구항 5 내지 7 중의 어느 하나에 있어서,
    상기 시그마-델타 변조기에서 변환된 디지털신호로부터 상기 천이주파수만큼 하향 천이시켜 상기 전류 및 전압 신호에 해당하는 신호로 복원하는 주파수 다운 컨버터를 더 포함하고,
    상기 디지털필터는 상기 주파수 다운 컨버터에서 복원된 상기 전류 및 전압 신호로부터 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환하는,
    전력량계 시스템의 신호 변환 장치.
  9. 청구항 5 내지 7 중의 어느 하나에 있어서,
    상기 변환된 디지털 데이터 신호로부터 상기 천이주파수만큼 하향 천이시켜 상기 전류 및 전압 신호를 복원하는 주파수 다운 컨버터를 더 포함하는,
    전력량계 시스템의 신호 변환 장치.
  10. 전류 및 전압 신호를 감지하는 전류 및 전압 센싱블럭;
    상기 센싱블럭에서 감지된 신호를 디지털신호로 변환 처리하는 청구항 1 내지 7 중의 어느 하나에 따른 전력량계 시스템의 신호 변환 장치; 및
    상기 신호 변환 장치에서 출력되는 디지털 데이터 값으로부터 전력량을 산출하는 디지털 처리블럭; 을 포함하여 이루어지는,
    전력량계 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 신호 변환 장치의 아날로그-디지털 변환부는: 상기 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 시그마-델타 변조기; 및 상기 변환된 디지털신호로부터 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환하는 디지털필터; 를 포함하고,
    상기 신호 변환 장치는 상기 시그마-델타 변조기에서 변환된 디지털신호로부터 상기 천이주파수만큼 하향 천이시켜 상기 전류 및 전압 신호에 해당하는 신호로 복원하는 주파수 다운 컨버터를 더 포함하고,
    상기 디지털필터는 상기 주파수 다운 컨버터에서 복원된 상기 전류 및 전압 신호로부터 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환하는,
    전력량계 시스템.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 신호 변환 장치의 아날로그-디지털 변환부는: 상기 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 시그마-델타 변조기; 및 상기 변환된 디지털신호로부터 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환하는 디지털필터; 를 포함하고,
    상기 신호 변환 장치는 상기 변환된 디지털 데이터 신호로부터 상기 천이주파수만큼 하향 천이시켜 상기 전류 및 전압 신호를 복원하는 주파수 다운 컨버터를 더 포함하는,
    전력량계 시스템.
  13. 감지된 전류 및 전압 신호가 서로 다른 주파수 대역을 갖도록 적어도 하나의 신호의 주파수를 천이주파수만큼 천이시키는 단계;
    상기 서로 다른 주파수 대역을 갖는 전류 및 전압 신호를 하나의 신호로 결합하는 단계; 및
    상기 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 전력량계 시스템의 신호 변환 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 주파수를 천이시키는 단계에서 상기 감지된 전류 및 전압 신호를 각각 다른 천이주파수만큼 천이시키는,
    전력량계 시스템의 신호 변환 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 전류 및 전압 신호는 3상 신호인,
    전력량계 시스템의 신호 변환 방법.
  16. 청구항 13에 있어서, 상기 디지털신호로 변환하는 단계는:
    상기 하나의 신호로 결합된 아날로그신호를 시그마-델타 변조 방식으로 디지털신호로 변환하는 시그마-델타 변조 단계; 및
    상기 시그마-델타 변조 단계에서 변환된 디지털신호로부터 디지털필터를 이용하여 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환하는 단계; 를 포함하는,
    전력량계 시스템의 신호 변환 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 디지털필터는 데시메이션필터이고,
    상기 디지털 데이터 신호로 변환하는 단계에서는 상기 변환된 디지털신호로부터 상기 데시메이션필터를 이용하여 저주파통과 대역 필터링 및 다운 샘플링으로 원하는 N비트 디지털 데이터 신호로 변환하는,
    전력량계 시스템의 신호 변환 장치.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 디지털신호로 변환하는 단계는 상기 시그마-델타 변조 단계에서 변환된 디지털신호로부터 대역통과필터를 사용하여 저주파대역의 DC 오프셋과 1/f 노이즈 성분을 제거하여 출력하는 단계를 더 포함하는,
    전력량계 시스템의 신호 변환 방법.
  19. 청구항 16 내지 18 중의 어느 하나에 있어서,
    상기 시그마-델타 변조 단계에서 변환된 디지털신호로부터 상기 천이주파수만큼 하향 천이시켜 상기 전류 및 전압 신호에 해당하는 신호로 복원하는 주파수 다운 컨버팅 단계를 더 포함하고,
    상기 디지털필터는 상기 주파수 다운 컨버팅 단계에서 복원된 상기 전류 및 전압 신호로부터 다운 샘플링하여 원하는 디지털 데이터 신호로 변환하는,
    전력량계 시스템의 신호 변환 방법.
  20. 청구항 16 내지 18 중의 어느 하나에 있어서,
    상기 변환된 디지털 데이터 신호로부터 상기 천이주파수만큼 하향 천이시켜 상기 전류 및 전압 신호를 복원하는 주파수 다운 컨버팅 단계를 더 포함하는,
    전력량계 시스템의 신호 변환 방법.
KR1020110121039A 2011-11-18 2011-11-18 전력량계 시스템의 신호 변환 장치, 전력량계 시스템 및 전력량계 시스템의 신호 변환 방법 KR20130055341A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110121039A KR20130055341A (ko) 2011-11-18 2011-11-18 전력량계 시스템의 신호 변환 장치, 전력량계 시스템 및 전력량계 시스템의 신호 변환 방법
US13/678,487 US20130176016A1 (en) 2011-11-18 2012-11-15 Signal converting apparatus of power metering system, power metering system and method for signal-converting in power metering system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110121039A KR20130055341A (ko) 2011-11-18 2011-11-18 전력량계 시스템의 신호 변환 장치, 전력량계 시스템 및 전력량계 시스템의 신호 변환 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130055341A true KR20130055341A (ko) 2013-05-28

Family

ID=48663858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110121039A KR20130055341A (ko) 2011-11-18 2011-11-18 전력량계 시스템의 신호 변환 장치, 전력량계 시스템 및 전력량계 시스템의 신호 변환 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20130176016A1 (ko)
KR (1) KR20130055341A (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11175322B2 (en) * 2019-12-19 2021-11-16 Landis+Gyr Innovations, Inc. Gating energy consumption accumulation by detecting a fundamental component of a current
EP4063870A1 (de) * 2021-03-23 2022-09-28 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und elektronische schaltungsanordnung zur kombination von ausgangssignalen elektrischer systeme mit verschiedenen signal-frequenzbereichen
US11802917B1 (en) * 2022-05-25 2023-10-31 Infineon Technologies Ag Impedance measurements in battery management circuits

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4131895A (en) * 1976-09-14 1978-12-26 Robinson Ralph O Apparatus for isolating from ground and exciting a conductive tower for use as a vertical antenna
US5391983A (en) * 1991-10-08 1995-02-21 K C Corp. Solid state electric power usage meter and method for determining power usage
JP3234339B2 (ja) * 1993-03-19 2001-12-04 アジレント・テクノロジー株式会社 電力測定装置および方法
US5442353A (en) * 1993-10-25 1995-08-15 Motorola, Inc. Bandpass sigma-delta analog-to-digital converter (ADC), method therefor, and receiver using same
FR2720834B1 (fr) * 1994-06-01 1996-07-05 Schlumberger Ind Sa Dispositif de mesure d'énergie électrique comprenant un multiplexeur.
US6522982B1 (en) * 1999-09-24 2003-02-18 Cirrus Logic, Inc. Energy-to-pulse converter systems, devices, and methods wherein the output frequency is greater than the calculation frequency and having output phasing
US6417792B1 (en) * 2000-01-18 2002-07-09 Cirrus Logic, Inc. Single phase bi-directional electrical measurement systems and methods using ADCs
US6522121B2 (en) * 2001-03-20 2003-02-18 Eni Technology, Inc. Broadband design of a probe analysis system
WO2002088761A2 (en) * 2001-04-26 2002-11-07 Analog Devices, Inc. Apparatus and system for electrical power metering using digital integration
US6707409B1 (en) * 2002-09-11 2004-03-16 University Of Rochester Sigma-delta analog to digital converter architecture based upon modulator design employing mirrored integrator
US6876319B2 (en) * 2002-09-20 2005-04-05 Intersil Americas Inc. Integrated modulator and demodulator configuration
US7075414B2 (en) * 2003-05-13 2006-07-11 Current Technologies, Llc Device and method for communicating data signals through multiple power line conductors
US7939338B2 (en) * 2004-05-12 2011-05-10 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Magnetic sensor array having an analog frequency-division multiplexed output
US7432715B2 (en) * 2004-08-26 2008-10-07 Minelab Electronics Pty Limited Method and apparatus for metal detection employing digital signal processing
US7508190B2 (en) * 2004-10-20 2009-03-24 Electro Industries/Gauge Tech. Test pulses for enabling revenue testable panel meters
US20080084951A1 (en) * 2006-10-06 2008-04-10 Helen Chen Systems and methods for receiving multiple input, multiple output signals for test and analysis of multiple-input, multiple-output systems
EP2294681A4 (en) * 2008-06-13 2013-07-03 Univ Colorado Regents MONITORING AND CONTROL OF POWER PLAYERS
US8542616B2 (en) * 2008-10-14 2013-09-24 Texas Instruments Incorporated Simultaneous multiple signal reception and transmission using frequency multiplexing and shared processing
US20110217918A1 (en) * 2010-03-05 2011-09-08 Nxp B.V. Device and method for jammer resistance in broadband receivers

Also Published As

Publication number Publication date
US20130176016A1 (en) 2013-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6943714B2 (en) Method and apparatus of obtaining power computation parameters
JP6068363B2 (ja) 電力測定デバイス
US9000961B2 (en) Arrangement for reading out an analogue voltage signal with self-calibration
US9141339B2 (en) Delta-modulation signal processors: linear, nonlinear and mixed
CN102165323A (zh) 隔离式电流传感器
US6275021B1 (en) Electricity meter
KR20130055341A (ko) 전력량계 시스템의 신호 변환 장치, 전력량계 시스템 및 전력량계 시스템의 신호 변환 방법
US6781361B2 (en) Apparatus and system for electrical power metering using digital integration
US5862069A (en) Four quadrant multiplying apparatus and method
TW200915730A (en) Signal generating apparatus and method thereof
US7633422B2 (en) Transducer device
US9194897B2 (en) Electronic watt-hour meter and electronic watt-hour measuring method
JPH0327649A (ja) デジタル復調器
KR101153504B1 (ko) 복수의 입력신호의 처리가 가능한 전자식 전력량 계산기 및 전력량 계산방법
KR101133352B1 (ko) 전자식 전력량계 및 전력량 계산 방법
CN113366325A (zh) 电表
US6304202B1 (en) Delay correction system and method for a voltage channel in a sampled data measurement system
CN107430159A (zh) 用于无涟波ac功率确定的系统及方法
US9151785B2 (en) Power measurement device
KR101234944B1 (ko) 전력량 산출 장치 및 방법
JPH05333067A (ja) 電子式電力量計
KR102107228B1 (ko) 전력 계측 시스템
EP0559499A1 (en) A multiplier circuit and method of operation therefor
EP1498740A1 (en) Watthour-meter measuring circuit including a detection of an incorrect line connection
JPH1094157A (ja) ディジタル保護継電器

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application