KR20140017057A - Method of adaptive phase tracking depending on the state of power system and system for it - Google Patents

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KR20140017057A KR1020120082950A KR20120082950A KR20140017057A KR 20140017057 A KR20140017057 A KR 20140017057A KR 1020120082950 A KR1020120082950 A KR 1020120082950A KR 20120082950 A KR20120082950 A KR 20120082950A KR 20140017057 A KR20140017057 A KR 20140017057A
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Abstract

The present invention relates to a tracking method of a power system which comprises the steps of (a) detecting system voltage and determining in order whether multiple phases comprising the system voltage detected are normal or abnormal, and (b) extracting a fundamental wave from normal phases comprising the system voltage detected in step (a) and eliciting the phase of the system voltage from them. [Reference numerals] (110) Electric power unit; (120) Three-phase inverter; (150) Frequency extracting unit; (161) Base signal generating unit; (162) First average processing unit; (163) Second average processing unit

Description

전력계통의 상태에 따른 적응형 위상추종 방법 및 시스템{Method of adaptive phase tracking depending on the state of power system and system for it}Method of adaptive phase tracking depending on the state of power system and system for it}

본 발명은 전력계통에서의 위상추종에 관한 것으로, 구체적으로는 다양한 계통 전압 조건에서도 계통의 위상정보를 추종할 수 있는 PLL(phase-locked loop) 알고리즘를 이용한 위상추종 방법 및 그 시스템을 제공하기 위한 것이다. The present invention relates to a phase tracking in a power system, and more particularly, to provide a phase tracking method and a system using a phase-locked loop (PLL) algorithm that can follow phase information of a system even under various system voltage conditions. .

일반적으로 전력계통(electric power system)은 발전소, 변전소, 송전선을 포함하여 넓은 지역에 걸쳐 있는 전기적인 연계를 의미한다. Generally, an electric power system means an electrical connection over a wide area including a power plant, a substation, and a transmission line.

전력계통을 높은 신뢰도로 운용되기 위해서는, 전압값이나 주파수를 일정하게 유지하고, 정전발생 방지를 위해 전압이나 주파수를 제어하는 방법, 송전선로의 구성에 관하여 많은 연구가 이루어지고 있다. 예컨대, 주파수가 다른 전력계통을 구성할 때는, 두 계통을 직접 이을 수 없으므로 주파수변환기를 통해서 두 계통을 접속시키는데, 신재생에너지 분야가 각광받으면서 전력변환장치의 계통연계 운전에 대한 연구가 활발히 전개되고 있다. 특히, 전력계통의 안정화 측면에서 계통연계형 전력변환장치의 다양한 기능이 요구된다.In order to operate the power system with high reliability, much research has been conducted on a method of controlling a voltage and a frequency and a transmission line configuration in order to keep a voltage value and a frequency constant, prevent a power outage. For example, when constructing power systems with different frequencies, two systems can not be directly connected. Therefore, two systems are connected through a frequency converter. Research on the grid-connected operation of the power conversion apparatus is actively carried out have. Particularly, in order to stabilize the power system, various functions of the grid-connected power converter are required.

소용량의 계통연계 전력변환 시스템의 경우, 계통의 상태에 따라 기준 주파수 범위와 전압 범위를 벗어나면 탈락하는 독립운전 방지(anti-islanding) 알고리즘을 보유하고 있지만, 대용량 계통연계 전력변환 시스템(Power Conditioning System: PCS)의 경우 계통에 미치는 영향이 커지므로 저전압 보상 알고리즘(Low Voltage Ride Through: LVRT)이 요구되는 실정이다. In the case of a small capacity grid-connected power conversion system, although it has an anti-islanding algorithm that falls out of the reference frequency range and voltage range according to the state of the system, a large capacity grid- : PCS), the low-voltage compensation (LVRT) algorithm is required.

한편, 계통연계 운전을 하기 위해서는 반드시 계통의 위상정보를 정확히 측정하여 계통의 주파수와 위상이 동일한 상태로 전류를 공급하여야 한다. 그러기 위해서는 위상추종(Phase-locking) 알고리즘이 필요하다. 종래에는 전력계통에서의 위상추종을 위해 3상 PLL(phase-locked loop)을 사용하여 계통연계형 전력변환장치를 제어하였고, 이는 계통전압을 통해 도출되는 것이 대부분이다.On the other hand, in order to perform grid-connected operation, the phase information of the system must be accurately measured and the current should be supplied in a state in which the frequency and phase of the system are the same. This requires a phase-locking algorithm. Conventionally, a grid-connected power converter is controlled by using a three-phase phase-locked loop (PLL) for tracking a phase in a power system, which is mostly derived through a grid voltage.

전력계통에 사용되는 일반적인 3상 PLL 구조는 비례적분(Proportional Intergral: PI) 제어기를 사용하여 d축의 전압을 0으로 만들도록 제어하여 위상을 추정하는 형태를 사용한다. 따라서, 위상추정은 3상 D-Q 변환을 통해 D축 또는 Q축에 동위상이 되도록 제어기를 구성하여 위상정보를 얻는다.The general three-phase PLL structure used in the power system uses a proportional integral (PI) controller to control the voltage on the d-axis to zero to estimate the phase. Therefore, phase estimation is achieved by configuring the controller to be in phase with the D-axis or the Q-axis through three-phase D-Q conversion.

그러나, 3상이 이상적인 경우에는 항상 평형 상태이지만 센서의 오차나 계통의 단상부하 등으로 인하여 완전 평형 상태가 아니고 D-Q 변환된 전압 성분에 상당한 리플이 섞여있어 제어기를 안정정으로 튜닝하는데 어려움이 발생한다. 나아가, LVRT 조건에 따라 계통의 전압 상태가 동일하게 유지되지 않기 때문에 종래의 PLL 알고리즘을 적용하여 대응하는 것에 많은 문제점이 있다.However, when three phases are ideal, they are always in equilibrium, but due to sensor error or single-phase load in the system, they are not fully equilibrated, and significant ripples are mixed in the D-Q converted voltage components, making it difficult to stably tune the controller. Furthermore, since the voltage state of the system does not remain the same according to the LVRT condition, there are many problems in applying the conventional PLL algorithm.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, LVRT 조건에 따라 다양한 계통전압 조건에서 계통의 위상정보를 얻을 수 있는 PLL 알고리즘을 이용한 위상추종 방법 및 시스템을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the above problems, to provide a phase tracking method and system using a PLL algorithm that can obtain the phase information of the system under various grid voltage conditions according to LVRT conditions.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, unless further departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통에서의 위상추종 방법은, (a)계통전압을 검출하여, 상기 검출된 계통전압을 이루는 다수의 상에 대해 순차적으로 정상 또는 지락 여부를 판단하는 단계; 및 (b)상기 판단 결과, 상기 검출된 계통전압을 이루는 다수의 상 중 정상상태인 상의 계통전압에 대하여 기본파를 추출하고 계통전압의 위상을 도출하는 단계를 포함한다.The phase tracking method in the power system according to an embodiment of the present invention for solving the above problems, (a) by detecting the system voltage, the normal or ground fault sequentially for a plurality of phases forming the detected system voltage Determining whether or not; And (b) extracting a fundamental wave and deriving a phase of the grid voltage from the grid voltages of the phases of the plurality of phases forming the detected grid voltage.

본 발명의 실시예에 따른 상기 (a)단계는, 상기 검출된 계통전압이 3상으로 이루어진 경우, 상기 계통전압의 제1상에 대한 지락 여부를 판단하는 단계; 상기 계통전압의 제1상이 지락상태인 경우, 상기 계통전압의 제2상에 대한 지락 여부를 판단하는 단계; 및 상기 계통전압의 제2상이 지락상태인 경우, 상기 계통전압의 제3상에 대한 지락 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step (a) may include: determining whether a ground fault occurs on the first phase of the grid voltage when the detected grid voltage includes three phases; Determining whether a ground fault occurs on the second phase of the grid voltage when the first phase of the grid voltage is grounded; And when the second phase of the grid voltage is in a grounded state, determining whether the third phase of the grid voltage is grounded.

나아가, 본 발명의 실시예에 따른 위상추종 방법은, 상기 (b)단계에서 도출된 계통전압의 위상을 상기 전력계통의 기준 위상으로 설정하는 단계; 및 상기 전력계통의 가상 위상을 상기 기준 위상에 대해 동기화하는 단계를 더 포함할 수 있다.Further, the phase tracking method according to an embodiment of the present invention, the step of setting the phase of the grid voltage derived in the step (b) as the reference phase of the power system; And synchronizing a virtual phase of the power system with respect to the reference phase.

이때, 상기 (a)단계에서의 판단결과, 상기 도출된 계통전압의 다수의 상이 모두 지락상태인 경우, 본 발명의 실시예에 따른 위상추종 방법은, 상기 전력계통의 가상 위상을 상기 전력계통의 기준 위상으로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this case, when the plurality of phases of the derived system voltage are all in the ground state, as a result of the determination in step (a), the phase tracking method according to the embodiment of the present invention may include the virtual phase of the power system. The method may further include setting a reference phase.

한편, 상기 (b)단계는, 상기 정상상태인 상의 계통전압에 대하여 저역통과필터(Low Pass Filter: LPF) 처리를 수행하여 노이즈 성분을 제거하는 제1단계; 상기 LPF 처리된 계통전압으로부터 영전압을 검출하여 사각형 파형을 도출하는 제2단계; 및 상기 도출된 사각형 파형에 대해 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT) 알고리즘을 적용하여 기본파를 추출하고, 상기 정상상태인 상의 계통전압의 위상을 도출하는 제3단계를 포함할 수 있다.On the other hand, step (b) comprises a first step of removing a noise component by performing a low pass filter (LPF) process for the grid voltage of the phase of the steady state; A second step of deriving a square waveform by detecting a zero voltage from the LPF processed system voltage; And a third step of extracting a fundamental wave by applying a Fast Fourier Transform (FFT) algorithm to the derived square waveform and deriving a phase voltage of a phase voltage of the phase of the steady state.

이때, 상기 제3단계는, 상기 제2단계의 사각형 파형에서 포지티브 에지 및 네거티브 에지 사이의 시간을 측정하고, 상기 측정된 시간을 이용하여 주파수 정보를 추출하는 단계; 상기 추출한 주파수 정보를 토대로 기준신호와 입력신호의 곱과 링 버퍼를 이용한 평균을 통하여 상기 계통전압의 기본파에 대한 코사인 성분 및 사인 성분의 위상차를 구하는 단계; 및 상기 구해진 위상차 성분을 이용하여 상기 계통전압의 기본파 신호의 크기 및 위상정보를 도출하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the third step may include: measuring a time between a positive edge and a negative edge in the square waveform of the second step, and extracting frequency information using the measured time; Obtaining a phase difference between a cosine component and a sine component with respect to the fundamental wave of the grid voltage through a product of a reference signal and an input signal and an average using a ring buffer based on the extracted frequency information; And deriving magnitude and phase information of a fundamental wave signal of the grid voltage using the obtained phase difference component.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양태 일 실시예에 따른 전력계통에서의 위상을 추종하는 위상추종 시스템은, 계통전압을 검출하여, 상기 검출된 계통전압을 이루는 다수의 상에 대해 순차적으로 정상 또는 지락 여부를 판단하는 적응형 PLL 알고리즘을 따라 상기 계통전압에 대한 주파수를 검출하는 주파수 추출부; 및 상기 주파수 추출부에서 추출된 주파수를 토대로 기준신호와 입력신호의 곱과 링 버퍼를 이용한 평균을 통하여 상기 계통전압의 위상을 도출하는 위상 추정부를 포함하며, 상기 주파수 추출부는, 상기 적응형 PLL 알고리즘에 따라 상기 검출된 계통전압을 이루는 다수의 상 중 정상상태인 상의 계통전압에 대하여 주파수를 추출한다.According to another aspect of the present invention, a phase tracking system for tracking a phase in a power system according to an embodiment of the present invention detects a grid voltage and sequentially processes a plurality of phases forming the detected grid voltage. A frequency extracting unit detecting a frequency of the grid voltage according to an adaptive PLL algorithm for determining whether a ground fault or ground fault is present; And a phase estimator configured to derive a phase of the grid voltage based on a product of a reference signal and an input signal and an average using a ring buffer based on the frequency extracted by the frequency extractor, wherein the frequency extractor comprises the adaptive PLL algorithm. The frequency is extracted with respect to the grid voltage of the phase of the plurality of phases forming the detected grid voltage.

이때, 상기 주파수 추출부는, 상기 검출된 계통전압이 3상으로 이루어진 경우, 상기 계통전압의 제1상에 대한 지락 여부를 판단하여 상기 계통전압의 제1상이 지락상태인 경우, 상기 계통전압의 제2상에 대한 지락 여부를 판단하고, 상기 계통전압의 제2상이 지락상태인 경우, 상기 계통전압의 제3상에 대한 지락 여부를 판단하여 주파수를 추출할 수 있다.In this case, the frequency extracting unit, when the detected system voltage consists of three phases, determines whether the first voltage of the system voltage is grounded, and when the first phase of the system voltage is grounded, It is possible to determine whether a ground fault occurs for two phases, and if the second phase of the grid voltage is in a grounded state, determining whether or not a ground fault occurs for the third phase of the grid voltage to extract a frequency.

그리고, 상기 위상 추종부는, 상기 도출된 계통전압의 위상을 상기 전력계통의 기준 위상으로 설정하고, 상기 전력계통의 가상 위상을 상기 기준 위상에 대해 동기화할 수 있다.The phase follower may set a phase of the derived system voltage as a reference phase of the power system and synchronize a virtual phase of the power system with respect to the reference phase.

나아가, 상기 위상 추종부는, 상기 주파수 추출부의 판단결과에 따라 상기 계통전압의 다수의 상이 모두 지락상태인 경우, 상기 전력계통의 가상 위상을 상기 전력계통의 기준 위상으로 설정할 수 있다.Further, the phase follower may set the virtual phase of the power system as a reference phase of the power system when the plurality of phases of the system voltage are all grounded according to the determination result of the frequency extractor.

한편, 상기 주파수 추출부는, 상기 정상상태인 상의 계통전압에 대하여 저역통과필터링을 수행하는 저역통과필터부(Low Pass Filter: LPF); 상기 LPF 처리된 계통전압으로부터 영전압을 검출하여 사각형 파형을 도출하는 영전압 검출부; 및 상기 도출된 사각형 파형에 대해 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT) 알고리즘을 적용하여 기본파를 추출하는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.The frequency extracting unit may include: a low pass filter (LPF) for performing low pass filtering on the grid voltage of the steady state phase; A zero voltage detector for detecting a zero voltage from the LPF processed system voltage to derive a square waveform; And a microprocessor configured to extract a fundamental wave by applying a Fast Fourier Transform (FFT) algorithm to the derived square waveform.

이때, 상기 마이크로프로세서는, 상기 도출된 사각형 파형에서 포지티브 에지 및 네거티브 에지 사이의 시간을 측정하고, 상기 측정된 시간을 이용하여 주파수 정보를 추출하고, 상기 추출한 주파수 정보를 토대로 기준신호와 입력신호의 곱과 링 버퍼를 이용한 평균을 통하여 상기 계통전압의 기본파에 대한 코사인 성분 및 사인 성분의 위상차를 구하고, 상기 구해진 위상차 성분을 이용하여 상기 계통전압의 기본파 신호의 크기 및 위상정보를 도출할 수 있다.In this case, the microprocessor measures the time between the positive edge and the negative edge in the derived square waveform, extracts frequency information using the measured time, and based on the extracted frequency information, The phase difference between the cosine component and the sine component with respect to the fundamental wave of the grid voltage can be obtained through an average using a product and a ring buffer, and the magnitude and phase information of the fundamental wave signal of the grid voltage can be derived using the obtained phase difference component. have.

상기 실시형태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the present invention by those skilled in the art. And can be understood and understood.

본 발명에 따르면, LVRT 조건에 따라 다양한 계통전압 조건에서 계통의 위상정보를 얻을 수 있다.According to the present invention, phase information of a system can be obtained under various system voltage conditions according to LVRT conditions.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 계통 전압조건에서 계통 위상정보를 추종할 수 있는 위상추종 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위상추종 시스템에서 주파수 추출을 수행하는 과정의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 위상추종 시스템에서 계통전압의 주파수 및 위상을 추출하는 과정의 일 예를 나타내는 절차 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 링 버퍼를 적용하여 계통전압의 평균값을 구하는 개념의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 계통전압의 위상추종 시스템에서 전압상태 기반의 적응적 위상추종 알고리즘을 적용하여 위상추종을 수행하는 과정의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 전력계통의 가상위상을 기준 위상각에 동기시키는 과정의 일 예를 나타내는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
1 is a diagram illustrating an example of a phase tracking system capable of following grid phase information under various grid voltage conditions according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an example of a process of performing frequency extraction in a phase tracking system according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating an example of a process of extracting a frequency and a phase of a system voltage in a phase tracking system according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an example of a concept of obtaining an average value of grid voltage by applying a ring buffer according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an example of a process of performing phase tracking by applying an adaptive phase tracking algorithm based on a voltage state in a phase tracking system of a grid voltage according to an embodiment of the present invention.
6 illustrates an example of a process of synchronizing a virtual phase of a power system with a reference phase angle according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The following detailed description, together with the accompanying drawings, is intended to illustrate exemplary embodiments of the invention and is not intended to represent the only embodiments in which the invention may be practiced. The following detailed description includes specific details in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be practiced without these specific details.

본 발명은 전력계통에서의 위상추종에 관한 것으로, 구체적으로는 다양한 계통 전압 조건에서도 계통의 위상정보를 추종할 수 있는 PLL(phase-locked loop) 알고리즘를 이용한 위상추종 방법 및 그 시스템을 제공하기 위한 것이다. The present invention relates to a phase tracking in a power system, and more particularly, to provide a phase tracking method and a system using a phase-locked loop (PLL) algorithm that can follow phase information of a system even under various system voltage conditions. .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 계통 전압조건에서 계통 위상정보를 추종할 수 있는 위상추종 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating an example of a phase tracking system capable of following grid phase information under various grid voltage conditions according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 위상추종 시스템(100)은 신재생 에너지를 이용하여 전력을 발생시키는 전력부(110), 3상 인버터(120), RLC 회로로 구성되는 부하(130), 전력계통(140), 인버터(120)로부터 주파수를 검출하는 주파수 추출부(150) 및 인버터(120)로부터 검출된 계통전압에 고조파 분석 알고리즘을 적용하여 위상정보를 도출하는 위상추정부(160)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a phase tracking system 100 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a load unit including a power unit 110, a three-phase inverter 120, and an RLC circuit that generates power using renewable energy. 130, a phase estimation unit for deriving phase information by applying a harmonic analysis algorithm to the grid voltage detected from the power system 140, the frequency extractor 150 detecting the frequency from the inverter 120, and the grid voltage detected from the inverter 120 ( 160).

전력부(110)로부터 생산된 전력은 인버터(120)로 전달되어 직류전력에서 교류전력으로 변환되고, 인버터(120)로부터 제공되는 교류전력은 전력계통(140)에 연결됨과 아울러 부하(130)에 공급된다.The power generated from the power unit 110 is transmitted to the inverter 120 and is converted from the DC power to the AC power and the AC power provided from the inverter 120 is connected to the power system 140, .

인버터(120)는 비선형 장치로서 전력변환과정에서 고조파(리플 성분) 또는 무효전력이 포함된 교류전력이 생성될 수 있다.The inverter 120 is a nonlinear device and may generate AC power including harmonics (ripple components) or reactive power during a power conversion process.

주파수 추출부(150)는 3상 인버터(120)에서 변환된 계통전압(Va, Vb, Vc)으로부터 고조파 분석방법으로 신호를 분석하여 현재의 주파수 성분(f)을 추출하고, 추출된 주파수(f)는 위상추정부(160)로 전달되어 기준신호를 생성하는데 이용된다. A frequency extracting unit 150 analyzes a signal to the harmonic analysis method from the 3-phase transformed grid voltage at the inverter (120), (V a, V b, V c) by extracting the current frequency component (f), and extracted The frequency f is passed to the phase estimator 160 and used to generate a reference signal.

위상추정부(160)는 3상 인버터(120)에서 변환된 계통전압(Va, Vb, Vc) 중 임의의 교류전력에 고조파 분석 알고리즘, 예컨대 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT)을 적용하여 현재 위상정보를 추정한다. The phase estimator 160 applies a harmonic analysis algorithm, such as a Fast Fourier Transform (FFT), to any AC power among the grid voltages (V a , V b , V c ) converted in the three-phase inverter 120. Apply it to estimate the current phase information.

또한, 위상추정부(160)는 주파수 추출부(150)로부터 전달된 주파수 성분(f)을 토대로 기준 신호를 생성하는 기준신호 생성부(161), 코사인 성분과 사인 성분으로 나눠진 주파수 성분에 대해 평균값을 도출하는 평균 처리부(162, 163) 및 아크탄젠츠 연산부(164)를 더 포함한다. In addition, the phase estimator 160 includes a reference signal generator 161 for generating a reference signal based on the frequency component f transmitted from the frequency extractor 150, and an average value for frequency components divided into cosine and sine components. It further includes the average processing unit 162, 163 and the arc tangent calculation unit 164 to derive.

기준신호 생성부(161)는 주파수 성분(f)을 이용하여 기준파형의 위상을 구하고 위상정보를 이용하여 코사인 및 사인 기준신호(cos wt, sin wt)를 만들 수 있다.The reference signal generator 161 may obtain a phase of the reference waveform using the frequency component f, and may generate cosine and sine reference signals (cos wt and sin wt) using the phase information.

그리고, 위상추정부(160)는 도 1에 도시된 것처럼 주파수 추출부(150)로부터 전달된 입력 주파수 신호(f)에 기준신호 생성부(161)에서 생성된 코사인, 사인 기준 신호를 곱하고, 코사인 신호 및 사인 신호에 대해 소정의 링 버퍼(Ring buffer)를 이용하여 한 주기동안 평균값을 구하는 제1 평균 처리부(162) 및 제2 평균 처리부(163)를 적용하여 평균 코사인 신호 및 평균 사인 신호를 도출한다. The phase estimator 160 multiplies the input frequency signal f transmitted from the frequency extractor 150 by the cosine and the sinusoidal reference signal generated by the reference signal generator 161, as shown in FIG. Deriving the average cosine signal and the average sine signal by applying the first average processing unit 162 and the second average processing unit 163 for obtaining a mean value for a period using a predetermined ring buffer for the signal and the sine signal. do.

기본파 신호의 코사인 성분과 사인 성분은 아크탄젠트 연산부(164)로 전달되고, 아크탄젠트 연산부(164)는 전달된 신호에 기초하여 기본파 위상차(α) 및 이를 이용한 계통 전원 신호의 크기(Vm)와 위상정보(θ)를 출력한다.The cosine component and the sine component of the fundamental wave signal are transmitted to the arc tangent calculator 164, and the arc tangent calculator 164 transmits the fundamental wave phase difference α and the magnitude (Vm) of the system power signal using the same based on the transmitted signal. And phase information (θ) is output.

나아가, 위상추정부(160)는 계통의 전압 특성상 단상 지락, 2상 지락, 3상 지락 등 계통전압 상태는 다양할 수 있으므로, 다양한 계통전압 조건에서도 위상추종을 수행할 수 있는 '전압상태 기반의 적응적 위상추종 알고리즘'을 적용할 수 있다. 본 발명의 명세서에서는 단상 지락, 2상 지락, 3상 지락 등 계통전압의 다양한 상태에 따라 위상추정을 수행하는 알고리즘을 '전압상태 기반의 적응적 위상추종 알고리즘'이라 정의하고, 이에 대해서는 이하 도 4를 참조하여 후술하도록 한다.Furthermore, the phase estimator 160 may have various grid voltage states such as single phase ground, two phase ground, and three phase ground due to the voltage characteristics of the grid. Thus, the phase estimation unit 160 may perform phase tracking even under various grid voltage conditions. Adaptive phase tracking algorithm 'can be applied. In the specification of the present invention, an algorithm for performing phase estimation according to various states of grid voltage such as single phase ground, two phase ground, and three phase ground fault is defined as 'voltage-based adaptive phase tracking algorithm'. It will be described later with reference to.

이하, 상기 도 1에서 상술한 본 발명의 실시예에 따른 위상추종 시스템에서 주파수 추출 및 위상추종을 수행하는 과정에서의 기술적 특징에 대하여 간략하게 설명하도록 한다.Hereinafter, the technical features in the process of performing frequency extraction and phase tracking in the phase tracking system according to the embodiment of the present invention described above with reference to FIG. 1 will be briefly described.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위상추종 시스템에서 주파수 추출을 수행하는 과정의 일 예를 나타내는 도면으로, 상기 도 1의 주파수 추출부의 구성을 구체적으로 도시한 것이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a process of performing frequency extraction in the phase tracking system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 illustrates the structure of the frequency extraction unit of FIG.

도 2를 참조하면, 주파수 추출부(200)는 계통으로 입력되는 입력전원을 필터링하여 노이즈 성분을 제거하는 저역통과필터(Low Pass Filter: LPF)(210), LPF(210)의 출력에서 영전압을 검출하여 사각형 파형을 얻는 영전압 검출부(220), 영전압 검출부(220)의 사각형 파형을 전달받아 주파수 성분을 추출하는 마이크로 프로세서(230)를 포함한다.2, the frequency extracting unit 200 includes a low pass filter (LPF) 210 for filtering an input power input to the system to remove noise components, a zero voltage And a microprocessor 230 for receiving a square waveform of the zero voltage detector 220 and extracting a frequency component of the quadrangle waveform of the zero voltage detector 220.

마이크로 프로세서(230)는 영전압 검출부(220)의 사각형 파형에서 두 에지(edge) 사이의 시간을 측정하는 시간 계산부(231) 및 시간 계산부(231)에서 측정한 시간을 이용하여 주파수를 계산하는 주파수 계산부(232)를 포함할 수 있다.The microprocessor 230 calculates the frequency using the time measured by the time calculator 231 and the time calculator 231 for measuring the time between two edges in the square waveform of the zero voltage detector 220 And a frequency calculator 232 for calculating a frequency.

도 2에 도시된 위상추종 시스템의 주파수 추출을 통해 계통전압의 위상을 도출하는 과정을 도 3을 참조하여 설명하도록 한다. A process of deriving the phase of the grid voltage through frequency extraction of the phase tracking system illustrated in FIG. 2 will be described with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 위상추종 시스템에서 계통전압의 주파수 및 위상을 추출하는 과정의 일 예를 나타내는 절차 흐름도이다. 3 is a flowchart illustrating an example of a process of extracting a frequency and a phase of a system voltage in a phase tracking system according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 과정은 상기 도 1 및 도 2에서 상술한 시스템 구성요소에서 수행하는 것으로 상기 도 1 및 도 2를 함께 참조하여 설명하도록 한다.The process shown in FIG. 3 is performed by the system components described above with reference to FIG. 1 and FIG. 2, and will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

도 3을 참조하면, 도 2에 도시된 주파수 추출부(200)는 계통으로 입력되는 입력전원에 대해 LPF 처리를 수행하여 입력전원에 대한 필터링을 통해 노이즈 성분을 제거하고(S301), 영전압 검출부(220)는 LPF 처리된 입력전원에서 영전압을 검출하여 사각형 파형을 도출한다(S302).Referring to FIG. 3, the frequency extracting unit 200 shown in FIG. 2 performs an LPF process on an input power input to the system to remove a noise component through filtering on an input power source (S301) The controller 220 detects a zero voltage at the LPF-processed input power source to derive a square waveform (S302).

그리고, 마이크로 프로세서(230)는 영전압 검출부(220)로부터 전달된 사각형 파형에 FFT 알고리즘을 적용하여 기본 주파수 성분을 추출하고 전원의 위상을 출력한다(S303 내지 S306).The microprocessor 230 extracts a fundamental frequency component by applying an FFT algorithm to the square waveform transmitted from the zero voltage detector 220 and outputs power phases (S303 to S306).

이에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 시간 계산부(231)는 영전압 검출부(220)에서 출력되는 구형파 신호의 상승시간(t1)과 하강시간(t2)을 이용하여 수학식 1과 같은 주기(Tperiod)를 구할 수 있다(S303).More specifically, the time calculator 231 calculates the period (t 1 ) and the fall time (t 2 ) of the square wave signal output from the zero voltage detector 220, T period ) can be obtained (S303).

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 수학식 1에서, t1은 영전압 검출부(220)의 출력에 나오는 구형파 신호의 포지티브 에지 타임(positive edge time)이고, t2는 영전압 검출부(220)의 출력에 나오는 구형파 신호의 네거티브 에지 타임(negative edge time)을 나타낸다.In Equation 1, t 1 is the positive edge time of the square wave signal output from the zero voltage detector 220, t 2 is the negative edge of the square wave signal output from the zero voltage detector 220, Represents the time (negative edge time).

주파수 계산부(232)는 수학식 2를 통해 위상추정에 필요한 주파수(f)를 구할 수 있다(S304).The frequency calculator 232 may obtain a frequency f required for phase estimation through Equation 2 (S304).

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 수학식 2에서, Tperiod는 시간 계산부(231)에서 출력된 주기를 나타낸다.In Equation (2), T period indicates a period output from the time calculation unit 231. [

다음으로, 도 1에 도시된 위상 추정부(160)는 전 단계에서 도출한 주파수 성분에 FFT 알고리즘을 적용하여 하기 수학식 3 내지 수학식 7의 과정을 통해 기본파에 해당하는 계통전압의 크기 및 위상차를 구한다(S305).Next, the phase estimator 160 shown in FIG. 1 applies the FFT algorithm to the frequency components derived in the previous step and applies the magnitude of the grid voltage corresponding to the fundamental wave through the process of Equations 3 to 7 below. The phase difference is obtained (S305).

이를 위해, 기준신호 생성부(161)는 수학식 2의 주파수(f)를 이용하여 기준파형의 위상 및 위상정보를 이용하여 수학식 3과 같이 코사인 기준신호와 사인 기준신호를 설정할 수 있다.To this end, the reference signal generator 161 may set the cosine reference signal and the sine reference signal as shown in Equation 3 using the phase and phase information of the reference waveform using the frequency f of Equation 2.

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

그리고, 위상추정부(160)는 코사인 기준신호 cos ωt및 사인 기준신호 sin ωt를 이용하여 계통전압의 크기 및 위상차를 구할 수 있다.The phase estimator 160 can calculate the magnitude and phase difference of the grid voltage using the cosine reference signal cos ωt and the sinusoidal reference signal sin ωt.

일반적으로, 계통 전압은 다양한 부하의 존재로 고조파 성분이 많이 포함되어 있다. 따라서, 계통연계형 PCS는 계통으로 전송되는 전력을 기본파에 동기시키는 것이 중요하므로 계통전력에서 고조파 성분 및 노이즈 성분을 제거한 기본파 성분을 추출하는 것이 필요하다. Generally, the grid voltage includes many harmonic components due to the presence of various loads. Therefore, it is important to synchronize the power transmitted to the grid with the fundamental wave, so it is necessary to extract the fundamental wave component from which the harmonic component and the noise component are removed from the grid power.

계통 전압신호는 기본 주파수에 다양한 차수의 고조파 성분(3차, 5차, 7차,…, n차)이 포함된 형태로 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.The system voltage signal can be expressed by Equation (4) as a form including harmonics of various orders (third order, fifth order, seventh order, ..., n order) to the fundamental frequency.

Figure pat00005
Figure pat00005

상기 수학식 4에서, VGRID(t)는 계통전압을 나타내고, α는 위상을 나타내고, ω는 계통의 각 주파수(2πf)를 나타내고, Vm은 기본파 성분의 크기를 나타내고, Vmn은 n차 고조파 성분의 크기를 나타낸다. In Equation 4, V GRID (t) represents a system voltage, α represents a phase, ω represents each frequency (2πf) of the system, V m represents a magnitude of a fundamental wave component, and V mn is n Shows the magnitude of the second harmonic component.

즉, 계통전압 VGRID(t)은 기본 주파수 성분

Figure pat00006
와 다양한 차수의 고주파 성분
Figure pat00007
의 합으로 나타낼 수 있다.That is, the grid voltage V GRID (t)
Figure pat00006
And various orders of high frequency components
Figure pat00007
As shown in FIG.

계통전압 신호의 위상을 구하기 위해 상기 수학식 3과 같이 설정한 기준신호를 상기 수학식 4의 계통신호에 곱하여 수학식 5와 같은 코사인 성분의 계통전압(VGRIDC(t))과 사인 성분의 계통전압(VGRIDS(t))을 구할 수 있다.In order to calculate the phase of the system voltage signal, the reference signal set as shown in Equation 3 is multiplied by the system signal in Equation 4, and the system voltage of the cosine component V GRIDC (t) and the sine component as shown in Equation 5 are obtained. The voltage V GRIDS (t) can be obtained.

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 수학식 5에 나타난 바와 같이 계통전압은 주기적인 정현파 신호와 직류성분의 cos α와 sinα로 구성되고, 정현파 신호는 기본파의 2배 이상의 주파수 성분을 가진 신호로 구성된다. 따라서, 기본파의 주기(Tperiod)보다 2배의 주기로 기준신호를 곱한 계통전압에 대한 평균값을 구하면 정현파 성분은 0으로 되어 직류성분만 도출할 수 있다. As shown in Equation 5, the system voltage is composed of a periodic sinusoidal signal and a cos α and sinα of a DC component, and the sinusoidal signal is composed of a signal having a frequency component more than twice the fundamental wave. Thus, the ask an average value for the grid voltage than the product of the reference signal at a cycle of twice the period (T period) of the sinusoidal fundamental wave component can be set to 0, only the direct current component obtained.

일 예로, 위상추정부(160)는 도 4에 도시된 링 버퍼를 이용하여 실시간으로 계통전압의 평균값을 구할 수 있다. As an example, the phase estimator 160 can obtain an average value of the grid voltage in real time using the ring buffer shown in FIG. 4.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 링 버퍼를 적용하여 계통전압의 평균값을 구하는 개념의 일 예를 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating an example of a concept of obtaining an average value of grid voltage by applying a ring buffer according to an exemplary embodiment of the present invention.

상기 도 1에서 상술한 제1 평균 처리부(162) 및 제2 평균 처리부(163)는 도 4에 도시된 것처럼 계통전압의 코사인 성분 VGRIDC(t)과 사인 성분 VGRIDS(t)에 대해 각각 링 버퍼(401, 402)를 사용하여 실시간으로 평균값을 구할 수 있다.The first average processing unit 162 and the second average processing unit 163 described above with reference to FIG. 1 ring each of the cosine component V GRIDC (t) and the sinusoidal component V GRIDS (t) of the system voltage as shown in FIG. 4. The buffers 401 and 402 can be used to obtain an average value in real time.

하기 수학식 6은 링 버퍼를 사용하여 기본파의 한 주기(Tperiod)동안 계통전압의 코사인 성분 및 사인 성분에 대해 평균값을 구한 결과를 나타낸다.Equation 6 below shows a result of obtaining an average value of the cosine component and the sine component of the grid voltage during one period (T period ) of the fundamental wave using the ring buffer.

Figure pat00009
Figure pat00009

상기 수학식 6에서, 계통전압(VGRIDC(t),VGRIDS(t))에 대해 각각 기본파 주기(Tperiod)동안 평균값을 구하면 정현파 성분은 0으로 되고, 위상차 α에 대한 직류성분(

Figure pat00010
)만 남게 된다.In Equation 6, when the average value of the grid voltages V GRIDC (t) and V GRIDS (t) is obtained for each fundamental wave period (T period ), the sine wave component becomes zero, and the direct current component (
Figure pat00010
).

이에 따라, 위상추정부(160)는 상기 수학식 6의 코사인 및 사인 계통전압으로부터 하기 수학식 7과 같이 계통전압의 크기(Vm)와 위상차(α)를 구할 수 있다. Accordingly, the phase estimator 160 can obtain the magnitude Vm and the phase difference α of the system voltage from the cosine and sine system voltage of Equation 6 as shown in Equation 7 below.

Figure pat00011
Figure pat00011

상기 수학식 7에서, Vm은 계통전원 신호의 파형 크기를 나타내고, α는 계통전원 신호의 위상차 성분을 나타내고, Vsin α는 계통전원 신호의 사인 성분을 나타내고, Vcos α는 계통전원 신호의 코사인 성분을 나타낸다. In Equation 7, V m represents a waveform magnitude of the system power signal, α represents a phase difference component of the system power signal, V sin α represents a sine component of the system power signal, and V cos α represents a system power signal. Cosine component is shown.

다시 도 3을 참조하면, 위상 추출부(160)는 기준신호 발생부(161)에서 임의적으로 생성한 기준신호의 위상(ωt)에 상기 수학식 7에서 구한 기준신호와 계통전압의 위상차 α를 합하여 수학식 8과 같이 구하고자 하는 계통의 위상성분(θ)을 구할 수 있다(S307).Referring back to FIG. 3, the phase extractor 160 adds the phase difference? Of the reference signal obtained from Equation 7 and the system voltage α to the phase ωt of the reference signal randomly generated by the reference signal generator 161. As shown in Equation 8, the phase component θ of the system to be calculated may be obtained (S307).

Figure pat00012
Figure pat00012

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 계통전압 위상추종 시스템은 도 3에 ㄷ도시된 것처럼 FFT 알고리즘을 적용하여 상기 수학식 1 내지 수학식 8과 같은 과정을 통해 계통전압의 모든 상 중 임의의 상에 대한 위상정보를 도출할 수 있다. As described above, the system voltage phase tracking system according to the embodiment of the present invention applies any of phases of the system voltage through the process as shown in Equations 1 to 8 by applying the FFT algorithm as shown in FIG. It is possible to derive phase information for.

이때, 위상추종 시스템은 상술한 과정과 같이 계통위상의 정보를 도출하는 과정에서, 단상 지락, 2상 지락, 3상 지락 등 다양한 계통전압 상태를 반영하여 위상추종을 수행할 수 있다. At this time, the phase tracking system may perform phase tracking by reflecting various grid voltage states such as single phase ground, two phase ground, and three phase ground in the process of deriving the system phase information as described above.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 계통전압의 위상추종 시스템에서 전압상태 기반의 적응적 위상추종 알고리즘을 적용하여 위상추종을 수행하는 과정의 일 예를 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위하여 3상으로 이루어진 계통전압에 대해 위상추종을 수행하는 과정을 일 예로 들어 설명하도록 한다.5 is a diagram illustrating an example of a process of performing phase tracking by applying an adaptive phase tracking algorithm based on a voltage state in a phase tracking system of a grid voltage according to an embodiment of the present invention. For convenience of explanation, a process of performing phase tracking on a three-phase grid voltage will be described as an example.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 위상추종 시스템은 a, b, c로 이루어진 3상에 대한 계통전압을 검출한다(S501).Referring to FIG. 5, the phase tracking system according to an exemplary embodiment of the present invention detects a grid voltage for three phases consisting of a, b, and c (S501).

위상추종 시스템은 검출된 계통전압에서 임의로 선택한 a상 전압을 기준으로 상기 수학식 1 내지 수학식 8의 과정의 PLL 알고리즘을 적용하여 a상에서의 위상각(θa)을 구하고, 기준 신호의 위상(θref)을 a상에서의 위상각(θa)으로 설정할 수 있다(S502, S503).The phase tracking system calculates the phase angle θ a in phase a by applying the PLL algorithm of the process of Equations 1 to 8 on the basis of a phase voltage arbitrarily selected from the detected system voltages, and calculates the phase of the reference signal ( θ ref ) can be set to the phase angle θ a on phase a (S502, S503).

이때, 위상추종하고자 하는 a상의 계통전압이 지락상태인 경우, 위상추종 시스템은 3상 중 다른 상인 b상의 계통전압의 지락 여부를 판단한다(S504).At this time, when the grid voltage of phase a to be followed is grounded, the phase tracking system determines whether the grid voltage of phase B, which is another phase, of the three phases is grounded (S504).

b상이 지락상태가 아닌 경우, b상의 계통전압에 대해 상술한 PLL 알고리즘을 적용하여 b상에서의 위상각(θb)을 구하고, 기준 신호의 위상(θref)을 b상에서의 위상각(θb)으로 설정할 수 있다(S505).b phase is not a ground-fault state, b to obtain the phase angle (θ b) on the b by applying a PLL algorithm described above for the grid voltage, the phase (θ ref) of the reference signal the phase angle (θ b on b on the (S505).

만약, b상도 지락상태인 경우, 위상추종 시스템은 3상 중 나머지 상인 c상의 계통전압의 지락 여부를 판단한다(S506).If the b phase is also grounded, the phase tracking system determines whether or not the ground voltage of the c phase, which is the remaining phase of the three phases, is grounded (S506).

c상이 지락상태가 아닌 경우, 상술한 a상 및 b상에서의 위상추정과 마찬가지로 상술한 PLL 알고리즘을 적용하여 c상에서의 위상각(θc)을 구하고, 기준 신호의 위상(θref)을 c상에서의 위상각(θc)으로 설정할 수 있다(S507).When the c phase is not in the grounded state, the phase angle θ c in the c phase is obtained by applying the PLL algorithm described above, and the phase signal θ ref of the reference signal is obtained in the c phase, similarly to the phase estimation in the a and b phases described above. It can be set to the phase angle θ c of (S507).

이와 같이, 3상 중 지락되지 않은 어느 하나의 상에 대한 위상추종이 이루어져 PLL 알고리즘을 통해 구해진 위상으로 기준위상(θref)으로 설정되었으면, 가상위상(θIMAG)의 동기를 기준위상(θref)에 맞춰 유지한다(S508).In this way, three if the two phase tracking for any of the non-ground made up of the set based on the phase (θ ref) in a phase obtained through a PLL algorithm, the phase based on the synchronization of the virtual phase (θ IMAG) (θ ref Maintain according to (S508).

이때, 계통전압의 모든 상이 지락상태인 경우에는 기준 위상(θref)을 기존에 유지되던 가상위상(θIMAG)으로 설정한다(S509). 기준 위상에 대한 가상위상의 동기화는 도 6에 예시되어 있다. In this case, when all phases of the grid voltage are in the grounded state, the reference phase θ ref is set to the virtual phase θ IMAG previously maintained (S509). Synchronization of the virtual phase with respect to the reference phase is illustrated in FIG. 6.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 전력계통의 가상위상을 기준 위상각에 동기시키는 과정의 일 예를 나타내는 도면이다.6 illustrates an example of a process of synchronizing a virtual phase of a power system with a reference phase angle according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 가상 위상(θIMAG)을 상기 도 5에서 상술한 과정에 따라 도출한 전력계통의 기준위상(θref)에 대해 소정의 동기신호를 이용하여 지속적으로 동기를 맞춰나간다. 이때, 기준위상(θref)은 상기 도 5에서 상술한 과정에 따라 계통전력의 모든 상 중 지락되지 않은 임의의 한 상(θa,θb,θc)에서 도출한 위상각일 수 있다. 만약, 도 6에 도시된 것처럼 모든 상이 지락되는 시점(t1)에 도달하면, 가상위상(θIMAG)을 모든 상이 지락되기 직전의 위상으로 유지하고, 기준위상(θref)도 가상위상(θIMAG)과 동일하게 설정할 수 있다.Referring to FIG. 6, the virtual phase θ IMAG is continuously synchronized with a predetermined synchronization signal with respect to the reference phase θ ref of the power system derived according to the process described above with reference to FIG. 5. In this case, the reference phase θ ref may be a phase angle derived from any one phase θ a , θ b , θ c of all the phases of the system power which are not ground according to the process described above with reference to FIG. 5. If the time t 1 at which all phases are grounded as shown in FIG. 6 is reached, the virtual phase θ IMAG is maintained at the phase just before all the phases are grounded, and the reference phase θ ref is also at the virtual phase θ. IMAG ) can be set identically.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to explain, and the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (12)

전력계통에서의 위상추종 방법에 있어서,
(a)계통전압을 검출하여, 상기 검출된 계통전압을 이루는 다수의 상에 대해 순차적으로 정상 또는 지락 여부를 판단하는 단계; 및
(b)상기 판단 결과, 상기 검출된 계통전압을 이루는 다수의 상 중 정상상태인 상의 계통전압에 대하여 기본파를 추출하고 계통전압의 위상을 도출하는 단계를 포함하는, 전력계통의 상태에 따른 적응형 위상추종 방법. In the phase tracking method in the power system,
(a) detecting a system voltage and sequentially determining whether a plurality of phases of the detected system voltage are normal or grounded; And
(b) extracting a fundamental wave and deriving a phase of a grid voltage from a grid voltage of a phase among the plurality of phases forming the detected grid voltage as a result of the determination; Type phase tracking method. 제1항에 있어서,
상기 (a)단계는,
상기 검출된 계통전압이 3상으로 이루어진 경우,
상기 계통전압의 제1상에 대한 지락 여부를 판단하는 단계;
상기 계통전압의 제1상이 지락상태인 경우, 상기 계통전압의 제2상에 대한 지락 여부를 판단하는 단계; 및
상기 계통전압의 제2상이 지락상태인 경우, 상기 계통전압의 제3상에 대한 지락 여부를 판단하는 단계를 포함하는, 전력계통의 상태에 따른 적응형 위상추종 방법.The method of claim 1,
The step (a)
When the detected grid voltage is composed of three phases,
Determining whether a ground fault occurs on the first phase of the grid voltage;
Determining whether a ground fault occurs on the second phase of the grid voltage when the first phase of the grid voltage is grounded; And
And determining whether a ground fault occurs on the third phase of the grid voltage when the second phase of the grid voltage is grounded. 제1항에 있어서,
상기 (b)단계에서 도출된 계통전압의 위상을 상기 전력계통의 기준 위상으로 설정하는 단계; 및
상기 전력계통의 가상 위상을 상기 기준 위상에 대해 동기화하는 단계를 더 포함하는, 전력계통의 상태에 따른 적응형 위상추종 방법.The method of claim 1,
Setting the phase of the grid voltage derived in step (b) as a reference phase of the power system; And
And synchronizing the virtual phase of the power system with respect to the reference phase. 제1항에 있어서,
상기 (a)단계에서의 판단결과, 상기 도출된 계통전압의 다수의 상이 모두 지락상태인 경우,
상기 전력계통의 가상 위상을 상기 전력계통의 기준 위상으로 설정하는 단계를 더 포함하는, 전력계통의 상태에 따른 적응형 위상추종 방법.The method of claim 1,
As a result of the determination in step (a), when a plurality of phases of the derived system voltage are all in the ground state,
And setting the virtual phase of the power system to a reference phase of the power system. 제1항에 있어서,
상기 (b)단계는,
상기 정상상태인 상의 계통전압에 대하여 저역통과필터(Low Pass Filter: LPF) 처리를 수행하여 노이즈 성분을 제거하는 제1단계;
상기 LPF 처리된 계통전압으로부터 영전압을 검출하여 사각형 파형을 도출하는 제2단계; 및
상기 도출된 사각형 파형에 대해 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT) 알고리즘을 적용하여 기본파를 추출하고, 상기 정상상태인 상의 계통전압의 위상을 도출하는 제3단계를 포함하는, 전력계통의 상태에 따른 적응형 위상추종 방법.The method of claim 1,
The step (b)
Performing a low pass filter (LPF) process on the grid voltage of the steady state phase to remove noise components;
A second step of deriving a square waveform by detecting a zero voltage from the LPF-treated grid voltage; And
And a third step of extracting a fundamental wave by applying a Fast Fourier Transform (FFT) algorithm to the derived square waveform and deriving a phase voltage of a phase voltage of a phase of the steady state. Adaptive phase tracking method according to. 제5항에 있어서,
상기 제3단계는,
상기 제2단계의 사각형 파형에서 포지티브 에지 및 네거티브 에지 사이의 시간을 측정하고, 상기 측정된 시간을 이용하여 주파수 정보를 추출하는 단계;
상기 추출한 주파수 정보를 토대로 기준신호와 입력신호의 곱과 링 버퍼를 이용한 평균을 통하여 상기 계통전압의 기본파에 대한 코사인 성분 및 사인 성분의 위상차를 구하는 단계; 및
상기 구해진 위상차 성분을 이용하여 상기 계통전압의 기본파 신호의 크기 및 위상정보를 도출하는 단계를 포함하는, 전력계통의 상태에 따른 적응형 위상추종 방법.6. The method of claim 5,
In the third step,
Measuring a time between a positive edge and a negative edge in the square waveform of the second step, and extracting frequency information using the measured time;
Obtaining a phase difference between a cosine component and a sine component with respect to the fundamental wave of the grid voltage through a product of a reference signal and an input signal and an average using a ring buffer based on the extracted frequency information; And
And deriving magnitude and phase information of the fundamental wave signal of the grid voltage using the obtained phase difference component. 전력계통에서의 위상을 추종하는 위상추종 시스템에 있어서,
계통전압을 검출하여, 상기 검출된 계통전압을 이루는 다수의 상에 대해 순차적으로 정상 또는 지락 여부를 판단하는 적응형 PLL 알고리즘을 따라 상기 계통전압에 대한 주파수를 검출하는 주파수 추출부; 및
상기 주파수 추출부에서 추출된 주파수를 토대로 기준신호와 입력신호의 곱과 링 버퍼를 이용한 평균을 통하여 상기 계통전압의 위상을 도출하는 위상 추정부를 포함하며,
상기 주파수 추출부는,
상기 적응형 PLL 알고리즘에 따라 상기 검출된 계통전압을 이루는 다수의 상 중 정상상태인 상의 계통전압에 대하여 주파수를 추출하는, 전력계통의 상태에 따른 적응형 위상추종 시스템.In the phase tracking system for following the phase in the power system,
A frequency extracting unit detecting a system voltage and detecting a frequency of the system voltage according to an adaptive PLL algorithm that sequentially determines whether a plurality of phases of the detected system voltage are normal or grounded; And
A phase estimator for deriving a phase of the grid voltage based on a product of a reference signal and an input signal and an average using a ring buffer based on the frequency extracted by the frequency extractor;
Wherein the frequency extracting unit comprises:
Adaptive phase tracking system according to the state of the power system to extract a frequency for the grid voltage of the phase of the plurality of phases forming the detected grid voltage according to the adaptive PLL algorithm. 제7항에 있어서,
상기 주파수 추출부는,
상기 검출된 계통전압이 3상으로 이루어진 경우,
상기 계통전압의 제1상에 대한 지락 여부를 판단하여 상기 계통전압의 제1상이 지락상태인 경우, 상기 계통전압의 제2상에 대한 지락 여부를 판단하고, 상기 계통전압의 제2상이 지락상태인 경우, 상기 계통전압의 제3상에 대한 지락 여부를 판단하여 주파수를 추출하는, 전력계통의 상태에 따른 적응형 위상추종 시스템.The method of claim 7, wherein
Wherein the frequency extracting unit comprises:
When the detected grid voltage is composed of three phases,
If the first phase of the grid voltage is in a grounded state by determining whether the ground voltage of the grid voltage is in the first phase, it is determined whether the ground of the grid voltage is in the second phase, and the second phase of the grid voltage is in a grounded state. In the case of, the adaptive phase tracking system according to the state of the power system to extract the frequency by determining whether the ground voltage of the grid voltage to the third phase. 제7항에 있어서,
상기 위상 추종부는,
상기 도출된 계통전압의 위상을 상기 전력계통의 기준 위상으로 설정하고, 상기 전력계통의 가상 위상을 상기 기준 위상에 대해 동기화하는, 전력계통의 상태에 따른 적응형 위상추종 시스템.The method of claim 7, wherein
The phase-
And the phase of the derived system voltage is set as the reference phase of the power system, and the virtual phase of the power system is synchronized with the reference phase. 제7항에 있어서,
상기 위상 추종부는,
상기 주파수 추출부의 판단결과에 따라 상기 계통전압의 다수의 상이 모두 지락상태인 경우, 상기 전력계통의 가상 위상을 상기 전력계통의 기준 위상으로 설정하는, 전력계통의 상태에 따른 적응형 위상추종 시스템.The method of claim 7, wherein
The phase-
And if the plurality of phases of the grid voltage are all grounded according to the determination result of the frequency extractor, setting the virtual phase of the power system as a reference phase of the power system. 제7항에 있어서,
상기 주파수 추출부는,
상기 정상상태인 상의 계통전압에 대하여 저역통과필터링을 수행하는 저역통과필터부(Low Pass Filter: LPF);
상기 LPF 처리된 계통전압으로부터 영전압을 검출하여 사각형 파형을 도출하는 영전압 검출부; 및
상기 도출된 사각형 파형에 대해 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT) 알고리즘을 적용하여 기본파를 추출하는 마이크로프로세서를 포함하는, 전력계통의 상태에 따른 적응형 위상추종 방법.The method of claim 7, wherein
Wherein the frequency extracting unit comprises:
A low pass filter (LPF) for performing low pass filtering on the grid voltage of the steady state phase;
A zero voltage detector for detecting a zero voltage from the LPF processed system voltage to derive a square waveform; And
And a microprocessor for extracting fundamental waves by applying a fast Fourier transform (FFT) algorithm to the derived square waveform. 제11항에 있어서,
상기 마이크로프로세서는,
상기 도출된 사각형 파형에서 포지티브 에지 및 네거티브 에지 사이의 시간을 측정하고, 상기 측정된 시간을 이용하여 주파수 정보를 추출하고, 상기 추출한 주파수 정보를 토대로 기준신호와 입력신호의 곱과 링 버퍼를 이용한 평균을 통하여 상기 계통전압의 기본파에 대한 코사인 성분 및 사인 성분의 위상차를 구하고, 상기 구해진 위상차 성분을 이용하여 상기 계통전압의 기본파 신호의 크기 및 위상정보를 도출하는, 전력계통의 상태에 따른 적응형 위상추종 방법.12. The method of claim 11,
The microprocessor,
The time between the positive edge and the negative edge is measured in the derived square waveform, frequency information is extracted using the measured time, and a product of a reference signal and an input signal based on the extracted frequency information and an average using a ring buffer Acquisition of the phase difference between the cosine component and the sinusoidal component with respect to the fundamental wave of the grid voltage, and deriving the magnitude and phase information of the fundamental wave signal of the grid voltage using the obtained phase difference component, according to the power system state adaptation Type phase tracking method.
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