KR20140037505A - Power measurement equipment - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 적산전력계에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 이용하여 유효전력과 무효전력 및 고조파를 계산하는 적산전력계에 관한 것이다.
The present invention relates to an integrated power meter, and more particularly, to an integrated power meter that calculates active power, reactive power, and harmonics using a field programmable gate array (FPGA).
일반적으로 적산전력계는 아라고의 원판 원리를 이용하여 전류가 흐르는 양에 비례하여 기계식 회전판이 돌아가 전력이 계량되는 방식을 이용한다. 이러한 적산전력계는 내구성이 높고 가격이 저렴한 반면에, 고조파가 측정되지 않는다는 단점이 있다. In general, the integrated wattmeter uses the Aragon's disc principle, which uses a method in which a mechanical rotating plate is turned in proportion to the amount of current flowing to measure power. Such integrated power meters have a high durability and low cost, while harmonics are not measured.
최근에는 간편하고 가격이 저렴한 전자식 적산전력계가 개발되고 있으며, 전기사용량을 인터넷을 통해 자동으로 확인할 수 있도록 하는 스마트형 적산전력계의 개발도 진행 중이다.Recently, a simple and inexpensive electronic wattmeter has been developed, and a smart wattmeter is being developed to automatically check the electricity consumption through the Internet.
통상 적산전력계가 가져야 하는 특징은 가격이 저렴해야 한다는 것이다. 이는 각 가정마다 설치되어야 할 적산전력계의 가격이 지나치게 높으면, 적산전력계를 설치하는 비용이 크게 증가하기 때문이다. 게다가, 적산전력계는 계통에 악영향을 주는 전기설비(부하)에 대해서는 차등적인 요금이 적용되어야 한다. 그러나, 종래의 적산적력계는 가격이 저렴하다는 장점 이외에는 다른 기능을 가지고 있지 못한 것이 사실이다. In general, an integrated power meter should have a low price. This is because the cost of installing the integrated power meter increases greatly if the price of the integrated power meter to be installed in each home is too high. In addition, the integrated wattmeter shall be subject to differential rates for electrical installations (loads) which adversely affect the system. However, it is true that the conventional totalizer does not have any function other than the advantage of low price.
한편, 전력은 유효전력과 무효전력으로 구분할 수 있는데, 지금까지 우리나라는 유효전력만을 전기요금에 포함하는 정책을 유지하고 있으나, 일부 국가에서는 무효전력도 전기요금에 포함하는 방식을 가지고 있다. 그 이유는 무효전력이 전압에 관계하기 때문에 악성 부하를 가지고 있는 전력설비에 대해서는 전력망을 운영 및 관리하는 회사에서 전압을 유지하기 위해, 무효전력 공급장치를 별도로 설치하므로 그에 따른 추가적인 비용을 전기요금에 포함하기 때문이다. On the other hand, power can be divided into active power and reactive power. Until now, Korea has maintained a policy of including only active power in the electricity bill, but in some countries, there is a method of including reactive power in the electricity bill. The reason is that the reactive power is related to the voltage, so for the power equipment with the malicious load, the company operating and managing the power grid installs a reactive power supply separately to maintain the voltage. Because it includes.
또한 전력전자설비의 사용이 증가함에 따라 전력전자설비에서 발생하는 고조파는 전력계통의 전력품질을 저하시키고, 심한 경우에는 전력계통에 불안정을 유발한다. 이로 인해, 전력망을 운영 및 관리하는 회사는 전력품질을 유지하기 위해서 무효 전력에 대해 추가적인 필터를 계통에 설치하는 추가비용이 발생하고 있다.In addition, as the use of power electronic equipment increases, the harmonics generated in power electronic equipment degrade the power quality of the power system, and in severe cases, cause instability in the power system. As a result, companies operating and managing grids incur additional costs of installing additional filters in the system for reactive power to maintain power quality.
게다가, 지금까지는 적산전력계의 성능과 가격적인 면 때문에 고조파를 사용전력에 포함하는 방식이 개발되지 않아서 고조파는 전력에 포함하지 않는 실정이다.In addition, until now, due to the performance and cost of the integrated power meter, a method of incorporating harmonics into the used power has not been developed, and thus harmonics are not included in the power.
본 발명과 관련된 배경기술로는 대한민국 특허공개번호 10-1990-0013311호(1990.09.05)의 '원격 검침용 다기능 전 전자식 적산 전력계'가 있다.
Background art related to the present invention is a multi-function all-electric integrated power meter for remote meter reading of Republic of Korea Patent Publication No. 10-1990-0013311 (1990.09.05).
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, FPGA(Field Programmable Gate Array)를 이용하여 유효전력과 무효전력 및 고조파를 계량하는 적산전력계를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an integrated power meter that measures active power, reactive power, and harmonics by using a field programmable gate array (FPGA).
본 발명의 다른 목적은 적산전력계의 제조 및 생산 비용을 저감하는데 있다. Another object of the present invention is to reduce the manufacturing and production costs of integrated power meters.
본 발명의 또 다른 목적은 점점 더 증가하고 있는 전력전자설비의 사용에 대응하여 고조파도 계량하여 전력전자설비의 사용으로 인해 발생되는 전력품질 저하 및 전력계통 불안정에 대응하기 위한 추가 비용을 확인할 수 있도록 하는데 있다. Another object of the present invention is to measure the harmonics in response to the increasing use of power electronic equipment to identify additional costs for coping with power quality deterioration and power system instability caused by the use of power electronic equipment. It is.
본 발명의 또 다른 목적은 적산전력계를 이용하여 전력전자설비 사용으로 인해 발생되는 고조파를 경고하고, 이러한 고조파에 의한 통신잡음을 예측하는데 있다.
Still another object of the present invention is to warn harmonics caused by the use of power electronic equipment using an integrated power meter, and to predict communication noise due to such harmonics.
본 발명의 일 측면에 따른 적산전력계는 3상 전압과 3상 전류를 입력받아 각 상의 정상분을 검출한 후 주파수 특성을 분석하여 고조파별로 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 계산한 후 유효 전력과 무효 전력 및 TIF(Telephone Influence Factor)를 계산하는 계산부; 및 상기 유효 전력과 상기 무효 전력 및 상기 TIF를 표시하는 전력량 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The integrated power meter according to an aspect of the present invention receives the three-phase voltage and three-phase current, detects the normal portion of each phase, and then analyzes the frequency characteristics to determine the magnitude of the voltage signal and the magnitude of the current signal, the voltage signal, and the current signal for each harmonic. A calculation unit configured to calculate active power, reactive power, and telephone influence factor (TIF) after calculating phase information of the power supply; And an amount of power display that displays the active power, the reactive power, and the TIF.
본 발명의 상기 계산부는 FPGA(Field Programmable Gate Array)인 것을 특징으로 한다. The calculation unit of the present invention is characterized in that the field programmable gate array (FPGA).
본 발명의 상기 계산부는 3상 전압과 3상 전류를 입력받아 상기 각 상의 정상분을 검출하는 정상분 검출부; 상기 각 상의 정상분의 주파수 특성을 분석하여 고조파별로 상기 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 추출하는 FFT(Fast Fourier Transform) 연산부; 상기 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 이용하여 상기 유효 전력을 계산하는 유효 전력 계산부; 상기 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 이용하여 상기 무효 전력을 계산하는 무효 전력 계산부; 상기 전압 신호에 C-message 가중치를 적용하여 상기 TIF를 계산하는 TIF 계산부; 및 상기 TIF 계산부에서 계산된 상기 TIF를 기 설정된 기준값과 비교하여 비교 결과를 출력하는 TIF 비교부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The calculation unit of the present invention receives a three-phase voltage and a three-phase current input unit for detecting the normal portion of each phase; A Fast Fourier Transform (FFT) calculator for analyzing the frequency characteristics of the normal components of each phase and extracting the magnitude of the voltage signal, the magnitude of the current signal, and the phase information of the voltage signal and the current signal for each harmonic; An active power calculator configured to calculate the active power by using the magnitude of the voltage signal and the magnitude of the current signal and the phase information of the voltage signal and the current signal; A reactive power calculator configured to calculate the reactive power by using the magnitude of the voltage signal and the magnitude of the current signal and the phase information of the voltage signal and the current signal; A TIF calculator configured to calculate the TIF by applying a C-message weight to the voltage signal; And a TIF comparator for outputting a comparison result by comparing the TIF calculated by the TIF calculator with a preset reference value.
본 발명의 상기 TIF 비교부의 비교 결과에 따라 통신잡음을 경고하는 경고부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. According to the comparison result of the TIF comparator of the present invention is characterized in that it further comprises a warning unit for warning the communication noise.
본 발명의 상기 TIF 계산부는 상기 전압 신호 각각의 주파수에 설정된 C-message 가중치를 상기 전압 신호 각각에 적용한 후 합산하는 것을 특징으로 한다. The TIF calculator of the present invention is characterized in that the C-message weights set for the frequencies of the voltage signals are applied to each of the voltage signals and then summed.
본 발명의 상기 유효 전력 계산부는 상기 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 이용하여 고조파별로 유효전력을 계산한 후 합산하는 것을 특징으로 한다. The active power calculation unit of the present invention is characterized in that after calculating the active power for each harmonic by using the magnitude of the voltage signal and the magnitude of the current signal and the phase information of the voltage signal and the current signal, and adds.
본 발명의 상기 무효 전력 계산부는 고조파별로 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 이용하여 고조파별로 무효전력을 계산한 후 합산하는 것을 특징으로 한다. The reactive power calculation unit of the present invention is characterized in that after calculating the reactive power for each harmonic by using the magnitude of the voltage signal, the magnitude of the current signal and the phase information of the voltage signal and the current signal for each harmonic and sums them.
본 발명의 상기 유효 전력과 상기 무효 전력 및 상기 TIF에 대한 전력요금을 계산하는 요금 계산부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The apparatus may further include a rate calculator configured to calculate a power rate for the active power, the reactive power, and the TIF of the present invention.
본 발명의 상기 요금 계산부는 상기 TIF 에 대한 전력요금을 상기 TIF의 크기에 따라 가산하는 것을 특징으로 한다. The fee calculation unit of the present invention is characterized in that the power charge for the TIF is added according to the size of the TIF.
본 발명의 상기 유효 전력과 상기 무효 전력 및 상기 TIF에 대한 전력요금을 표시하는 요금 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
It further comprises a charge display unit for displaying the active power of the present invention, the reactive power and the power charge for the TIF.
본 발명은 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 이용하여 유효전력과 무효전력 및 고조파를 계량한다.The present invention measures field power, reactive power, and harmonics using a field programmable gate array (FPGA).
또한, 본 발명은 FPGA를 이용하여 적산전력계의 제조 및 생산 비용을 저감한다.In addition, the present invention reduces the manufacturing and production cost of integrated power meter using the FPGA.
또한, 본 발명은 점점 더 증가하고 있는 전력전자설비의 사용으로 인해 발생되는 전력품질 저하 및 전력계통 불안정에 대응하기 위한 추가 비용 예를 들어, 필터와 계통동요 방지장치를 설치하기 위한 비용을 확인할 수 있도록 한다. In addition, the present invention can identify additional costs for coping with power quality deterioration and power system instability caused by the increasing use of power electronic equipment, for example, the cost of installing filters and system disturbance prevention devices. Make sure
또한, 본 발명은 전력전자설비 사용에 따른 고조파 발생을 경고하고, 고조파에 의한 통신잡음을 예측한다.
In addition, the present invention warns the generation of harmonics according to the use of power electronic equipment, and predicts the communication noise due to harmonics.
도 1 은 본 발명의 제1실시예에 따른 적산전력계의 블럭 구성도이다.
도 2 는 도 1 의 계산부의 블럭 구성도이다.
도 3 은 도 1 의 정상분 검출부와 FFT 연산부의 블럭 구성도이다.
도 4 는 도 3 의 정상분 검출부의 계산 과정을 도시한 도면이다.
도 5 는 도 3 의 FFT 연산부의 블럭 구성도이다.
도 6 은 도 2 의 유효전력 계산부의 계산 과정을 도시한 도면이다.
도 7 은 도 2 의 무효전력 계산부의 계산 과정을 도시한 도면이다.
도 8 은 도 2 의 TIF 검출부의 블럭 구성도이다.
도 9 는 본 발명의 제2실시예에 따른 적산전력계의 블럭 구성도이다.
도 10 은 도 9 의 계산부의 블럭 구성도이다.1 is a block diagram of an integrated power meter according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating the calculation unit of FIG. 1.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a steady state detector and an FFT calculator of FIG. 1.
FIG. 4 is a diagram illustrating a calculation process of the normal part detector of FIG. 3.
FIG. 5 is a block diagram illustrating the FFT calculator of FIG. 3.
6 is a diagram illustrating a calculation process of an active power calculator of FIG. 2.
7 is a diagram illustrating a calculation process of the reactive power calculator of FIG. 2.
8 is a block diagram illustrating a TIF detector of FIG. 2.
9 is a block diagram of an integrated power meter according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram illustrating the calculation unit of FIG. 9.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 적력적산계를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter will be described in detail with reference to the accompanying drawings, the agitation accumulator according to an embodiment of the present invention. In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.
도 1 은 본 발명의 제1실시예에 따른 적산전력계의 블럭 구성도이다.1 is a block diagram of an integrated power meter according to a first embodiment of the present invention.
본 발명의 제1실시예에 따른 적산전력계는 도 1 에 도시된 바와 같이, 3상 전류을 검출하는 I3φ CT(Current Transformer)와 3상 전압을 검출하는 V3φ VT( Voltage Transformer)로부터 3상 전류와 3상 전압을 입력받고, 입력된 3상 전류와 3상 전압으로부터 각 상의 정상분의 주파수 특성을 분석하여 고조파별로 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 획득하며, 이 고조파별로 획득한 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 이용하여 유효 전력과 무효 전력 및 TIF(Telephone Influence Factor)를 계산하는 계산부(30), 계산부(30)에서 계산된 유효 전력과 무효 전력, TIF를 표시하는 전력량 표시부(40) 및 TIF가 기 설정된 TIF 기준값 이상이면 통신장애를 경고하는 경고부(50)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the integrated power meter according to the first embodiment of the present invention includes a three-phase current and a three-phase current from an I3φ CT (Current Transformer) for detecting a three-phase current and a V3φ VT (Voltage Transformer) for detecting a three-phase voltage. Receives the phase voltage, analyzes the frequency characteristics of the normal components of each phase from the input three-phase current and three-phase voltage to obtain the magnitude of the voltage signal, the magnitude of the current signal and the phase information of the voltage signal and the current signal for each harmonic,
여기서, TIF는 전력계통의 전압 또는 전류 파형에 대해서 모든 정현파(사인파) 성분(기본파 및 그 고조파)의 실효값에 가중값을 곱한 것을 제곱하여 합친 것의 평방근과 가중치을 곱하지 않은 경우의 실효값과의 비이다. Here, TIF is the square root of the sum of squared multiplied by the square root of the effective value of all sinusoidal (sine wave) components (base wave and its harmonics) with respect to the voltage or current waveform of the power system. It is rain.
A/D 컨버터(10,20)는 CT와 VT로부터 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜 계산부(30)에 입력하여 계산부(30)에서 유효 전력, 무효 전력 및 TIF를 계산할 수 있도록 한다. The A /
특히, 계산부(30)는 FPGA(Field Programmable Gate Array)로 구현된다. FPGA는 비메모리 반도체의 일종으로 사용자의 요구에 맞게 프로그래밍하여 사용할 수 있는 디바이스로써, 비교적 연산량이 많은 FFT(Fast Fourier Transform) 등을 빠르게 수행하고 필요에 따라 직접 프로그래밍할 수 있다. 게다가, 계산부(30)가 FPGA로 구현됨으로써, 적산전력계의 생산 및 제조 비용이 크게 감소된다.In particular, the
도 2 는 도 1 의 계산부의 블럭 구성도이고, 도 3 은 도 1 의 정상분 검출부와 FFT 연산부의 블럭 구성도이고, 도 4 는 도 3 의 정상분 검출부의 계산 과정을 도시한 도면이며, 도 5 는 도 3 의 FFT 연산부의 블럭 구성도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating the calculation unit of FIG. 1, FIG. 3 is a block diagram illustrating the normal point detector and the FFT calculator of FIG. 1, and FIG. 4 illustrates a calculation process of the normal detector of FIG. 3. 5 is a block diagram of the FFT calculator of FIG. 3.
계산부(30)는 3상 전압과 3상 전류를 입력받아 각 상의 정상분을 검출하는 정상분 검출부(31), 정상분 검출부(31)에서 검출된 각 상의 정상분의 주파수 특성을 분석하여 고조파별로 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 추출하는 FFT 연산부(32), FFT 연산부(32)에서 고조파별로 추출된 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 이용하여 유효 전력을 계산하는 유효 전력 계산부(33), FFT 연산부(32)에서 고조파별로 추출된 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 이용하여 무효 전력을 계산하는 무효 전력 계산부(34) 및 FFT 연산부(32)에서 고조파별로 추출된 전압 신호에 C-message 가중치를 적용하여 TIF를 계산하는 TIF 계산부(35)를 포함한다. The
먼저, 정상분 검출부(31)는 도 3 에 도시된 바와 같이, A/D 컨버터로부터 3상 전압과 3상 전류를 입력받아 3상의 정상분을 검출하여 FFT 연산부(32)에 입력한다.First, as shown in FIG. 3, the
즉, 정상분 검출부(31)는 도 4 에 도시된 바와 같이, 3상 전압의 정상분(Vpa,Vpb,Vpc)를 계산하며, 이는 하기의 수학식1과 같이 나타내어진다. That is, as shown in FIG. 4, the
여기서, 이며, Vpa,Vpb,Vpc는 3상 전원(Va,Vb,Vc)의 정상분이다. 이때, 1/j(j=0,···,k-1)을 표현하기 위해서는 90°의 위상 지연 필터인 전역필터가 사용된다.here, V pa , V pb , and V pc are normal portions of three-phase power sources (V a , V b , V c ). At this time, in order to express 1 / j (j = 0, ..., k-1), a global filter which is a phase delay filter of 90 degrees is used.
아울러, 3상 전류의 정상분은 상기한 3상 전압의 정상분을 계산하는 것과 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. In addition, since the normal part of a three-phase current is the same as calculating the normal part of the three-phase voltage mentioned above, the detailed description is abbreviate | omitted here.
FFT 연산부(32)는 정상분 검출부(31)로부터 입력된 3상 전압의 정상분과 3상 전류의 정상분의 주파수 특성을 분석하여 고조파별로 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 추출한다. The
FFT 연산부(32)는 실제 측정신호의 주파수 특성을 분석하기 위한 것으로써, 도 5 에 도시된 바와 같이 나타내어진다. 이러한 FFT 연산부(32)는 DFT(Discrete Fourier Transform)를 기본으로 하며, 아래의 수학식2와 같은 연산을 수행한다.The
수학식 2 를 참고하면, 는 샘플된 실제 측정신호의 주파수 대역을 N등분으로 나누고 이중 k 번째 주파수 구간을 나타낸다. Referring to
따라서, FFT 연산부(32)는 수학식2를 이용하여 샘플링 신호들 중 필요한 신호만을 선별하여 처리한다. 이러한 FFT 연산부(32)는 FFT 연산을 통해 기본파에서 40차 고조파까지 주파수별 분석을 전압 신호와 전류 신호에 대해서 수행하여 고조파 신호별로 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 계산한다. Therefore, the
이와 같이, FFT 연산부(32)가 고조파 신호별로 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 계산한 후에는, 고조파 신호별로 추출된 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 유효 전력 계산부(33)와 무효 전력 계산부(34) 및 TIF 계산부(35)로 입력한다. As described above, after the
유효 전력 계산부(33)는 FFT 연산부(32)에서 고조파별로 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 이용하여 유효 전력을 각각 계산한 후 합산한다.The active
도 6 은 도 2 의 유효전력 계산부의 계산 과정을 도시한 도면이다.6 is a diagram illustrating a calculation process of an active power calculator of FIG. 2.
도 6 을 참조하면, 유효 전력 계산부(33)는 고조파별로 추출된 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 하기의 수학식 3에 적용하여 유효 전력을 계산한다. Referring to FIG. 6, the active
여기서, Pn은 n차수의 유효 전력이며, Vn은 n차수의 전압의 크기이며, In은 n차수의 전류의 크기이며, (θVn-θIn) 은 전압과 전류의 위상 정보이다.Here, P n is the n-order effective power, V n is the magnitude of n-order voltage, I n is the magnitude of n-order current, and (θ Vn -θ In ) is the phase information of voltage and current.
도 6 을 참고하면, 차수 별 전압과 전류의 크기는 곱셈기로 입력되고, 전압의 위상 전류의 위상은 가산기로 입력된 후 cosine 함수가 곱해지고, 차수별 전압과 전류의 크기를 곱한 결과와 다시 곱해져 적분기로 적분함으로써, 해당 차수의 고조파의 유효전력(P1,P2,...,P40)이 계산되어진다. 이러한 과정은 기본 주파수에서부터 40차 고조파까지 수행된다. Referring to FIG. 6, the magnitudes of the voltages and currents of each order are input by a multiplier, and the phase currents of the voltages are input by an adder, and then the cosine function is multiplied, multiplied by the result of multiplying the magnitudes of the orders of magnitude and the current. By integrating with the integrator, the active powers of the harmonics of the order P 1 , P 2 , ..., P 40 are calculated. This process is performed from the fundamental frequency to the 40th harmonic.
유효 전력 계산부(33)는 상기한 과정을 거쳐 기본 주파수에서 40차 고조파 신호의 유효 전력을 계산하면, 이들 기본 주파수에서 40차 고조파 신호의 유효 전력을 합산하여 최종적으로 전체 유효 전력을 계산한다. When the active
이 경우, 유효 전력 계산부(33)는 기본파 뿐만 아니라 고조파에 의한 전력량까지 측정하므로, 더욱 정확한 유효 전력을 계산할 수 있고, 각 주파수별 유효 전력에 대한 정보를 확인할 수 있게 한다. In this case, since the effective
다음으로, 무효 전력 계산부(34)는 FFT 연산부(32)에서 고조파별로 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 이용하여 무효 전력을 각각 계산한 후 합산한다.Next, the
도 7 은 도 2 의 무효 전력 계산부의 계산 과정을 도시한 도면이다. 7 is a diagram illustrating a calculation process of the reactive power calculator of FIG. 2.
도 7 을 참조하면, 무효 전력 계산부(34)는 고조파별로 추출된 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 이용하여 하기의 수학식 4를 이용하여 유효 전력을 계산한다. Referring to FIG. 7, the reactive
도 7 을 참고하면, 차수 별 전압과 전류의 크기는 곱셈기로 입력되고, 전압의 위상 전류의 위상은 가산기로 입력된 후 sine 함수가 곱해지고, 차수별 전압과 전류의 크기를 곱한 결과와 다시 곱해져 적분기로 적분함으로써, 해당 차수의 고조파의 무효전력(Q1,Q2,...,Q40)이 계산되어진다. 이러한 과정은 기본 주파수에서부터 40차 고조파까지 수행된다. Referring to FIG. 7, the magnitudes of the voltages and currents of each order are input by a multiplier, and the phases of the phase currents of the voltages are input by an adder and then multiplied by the sine function, and multiplied by the result of multiplying the magnitudes of the orders of magnitude by the magnitude of the current. By integrating with the integrator, the reactive power (Q 1 , Q 2 , ..., Q 40 ) of the harmonics of the order is calculated. This process is performed from the fundamental frequency to the 40th harmonic.
무효 전력 계산부(34)는 상기한 과정을 거쳐 기본 주파수에서 40차 고조파 신호의 무효 전력을 계산하면, 이들 기본 주파수에서 40차 고조파 신호의 무효 전력을 합산하여 최종적으로 전체 무효 전력을 계산한다. When the
즉, 무효 전력 계산부(34)는 무효 전력을 sine 함수를 사용하여 계산하는 점을 제외하고는 유효 전력 계산부(33)와 동일한 계산 과정을 수행한다.That is, the
아울러, 무효 전력 계산부(34)는 기본파 뿐만 아니라 고조파에 의한 전력량까지 측정하므로, 더욱 정확한 유효 전력을 계산할 수 있고, 각 주파수별 유효 전력에 대한 정보를 확인할 수 한다. In addition, since the
도 8 은 도 2 의 TIF 계산부의 블럭 구성도이다.8 is a block diagram illustrating a TIF calculator of FIG. 2.
TIF 계산부(35)는 FFT 연산부(32)에서 고조파별로 추출된 전압 신호의 크기에 C-message 가중치를 적용하여 TIF를 계산한다.The
여기서, C-message는 주파수별로 서로 다른 가중치로 고조파 전압과 합성되어 전력계통의 고조파가 통신잡음을 유발하는 정도를 표시한 것으로써, C-message 가중치는 통신 장애를 검출하기 위해 고조파별 전압 신호에 합성되는 가중치이다. Here, the C-message represents the degree to which harmonics of the power system cause the communication noise by combining with the harmonic voltages at different weights for each frequency. The weight to be synthesized.
통상, 고조파는 인근 통신선로에 통신잡음을 발생시키는데, 주파수별로 C-message 가중치를 적용하는 이유는 가청 주파수 대역에서 사람이 민감하게 반응하는 주파수 대역이나 통신 장비의 응답특성을 고려하여야 하고, 전력신호로 인해 통신선로에 발생하는 잡음의 정도가 주파수 별로 다르기 때문이다.Normally, harmonics generate communication noises in nearby communication lines. The reason for applying C-message weights for each frequency is to consider the response characteristics of frequency bands or communication equipments in which humans respond sensitively to the audible frequency bands, and power signals. This is because the degree of noise generated in the communication line is different for each frequency.
TIF 계산부(35)는 하기의 수학식 5를 통해 TIF를 계산한다. The
여기서, f는 주파수이고, Kf는 5000(F/1000))=5f 이며, Pf는 C-message 가중치이며, Vf는 주파수 f에서의 전압 실효치이며, 으로써, 가중치를 적용하지 않는 전압 실효치이다.Where f is frequency, K f is 5000 (F / 1000)) = 5f, P f is C-message weight, V f is the effective voltage at frequency f, This is a voltage rms value without applying a weight.
도 8 을 참조하면, TIF 계산부(35)는 기본 주파수에서 40차까지 측정된 고조파(V1,...,V40)별 전압 신호에 각 주파수에 대응되는 C-message 가중치를 적용하여 기본파에서 40차 고조파까지 C-message 가중치가 적용된 결과(V1·C1,...,V40,C40)를 합산하여 TIF를 계산한다.Referring to FIG. 8, the
여기서 TIF는 통신잡음의 기준인 바, 15 내지 50을 유지하여야 한다. 따라서, 도 8 에 도시된 바와 같이, TIF 비교부(36)는 TIF 계산부(35)에서 계산된 TIF를 기 설정된 TIF 기준값 예를 들어 40과 비교하여 TIF 계산부(35)에서 계산된 TIF가 기 설정된 TIF 기준값 이상이면, 경고부(50)를 통해 고조파 발생 및 통신잡음을 경고한다. In this case, the TIF is a criterion for communication noise, and should be maintained at 15 to 50. Therefore, as shown in FIG. 8, the
여기서, TIF 설정값은 통신잡음을 경고하기 위한 기준이 되는 값으로써, 통신잡음의 발생 여부나 전력운영정책 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다. Here, the TIF set value is a reference value for alerting the communication noise, and may be variously set according to whether or not communication noise occurs or a power operation policy.
전력량 표시부(40)는 계산부(30)에서 계산된 유효 전력과 무효 전력 및 TIF를 표시하는 것으로써, 유효 전력과 무효 전력 및 TIF를 각각 개별적으로 표시하며, LCD(Liquid Crystal Display)나 LED(Light Emitting Diode) 등이 채용될 수 있다. The power
본 발명의 제1실시예에서는 유효 전력, 무효 전력 및 TIF를 계산하는 것을 설명하였으나, 추가적으로 유효 전력, 무효 전력 및 TIF에 대한 전력 요금을 계산할 수 있다. In the first embodiment of the present invention, the calculation of the active power, the reactive power, and the TIF has been described, but an additional power charge for the active power, the reactive power, and the TIF may be calculated.
이를 도 9 와 도 10 을 참조하여 설명한다.This will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
도 9 는 본 발명의 제2실시예에 따른 적산전력계의 블럭 구성도이고, 도 10 은 도 9 의 계산부의 블럭 구성도이다.9 is a block diagram of an integrated power meter according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a block diagram of a calculation unit of FIG.
본 발명의 제2실시예에 따른 적산전력계에 있어서, 제1실시예와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하며, 그 상세한 설명을 생략한다.In the integrated power meter according to the second embodiment of the present invention, the same reference numerals are given to the same parts as the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 제2실시예에 따른 적산전력계는 도 9 에 도시된 바와 같이, 계산부(30)와 전력량 표시부(40), 경고부(50) 및 요금 표시부(60)를 포함한다.As shown in FIG. 9, the integrated power meter according to the second embodiment of the present invention includes a
계산부(30)는 도 10 에 도시된 바와 같이, 3상 전압과 3상 전류를 입력받아 각 상의 정상분을 검출하는 정상분 검출부(31), 정상분 검출부(31)에서 검출된 각 상의 정상분의 주파수 특성을 분석하여 고조파별로 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 추출하는 FFT 연산부(32), FFT 연산부(32)에서 고조파별로 추출된 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 이용하여 유효 전력을 계산하는 유효 전력 계산부(33), FFT 연산부(32)에서 고조파별로 추출된 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 이용하여 무효 전력을 계산하는 무효 전력 계산부(34), FFT 연산부(32)에서 고조파별로 추출된 전압 신호의 크기에 C-message 가중치를 적용하여 TIF를 계산하는 TIF 계산부(35) 및 계산된 유효 전력과 무효 전력 및 TIF에 대한 전력요금을 계산하는 계산부(37)를 포함한다.As shown in FIG. 10, the
요금 계산부(37)는 상기한 유효 전력 계산부(33), 무효 전력 계산부(34) 및 TIF 계산부(35)를 통해 계산된 유효 전력과 무효 전력 및 TIF에 대한 전력요금을 계산한다. 이러한 요금 계산부(37)는 유효 전력 요금 계산부(371)와 무효 전력 요금 계산부(372) 및 고조파 요금 계산부(373)를 포함한다. The
유효 전력 요금 계산부(371)는 유효 전력 계산부(33)에서 계산된 유효 전력에 대한 전력요금을 계산하고, 무효 전력 요금 계산부(372)는 무효 전력 요금 계산부(372)에서 계산된 무효 전력에 대한 전력요금을 계산하며, 고조파 요금 계산부(373)는 TIF에 대한 전력요금을 계산한다. The active power
특히, 요금 계산부(37)는 TIF의 크기에 대응되는 기 설정된 요금을 추가적으로 가산한다. 이는 전기전력설비가 많을수록 고조파 발생율이 증가하기 때문이다. 이와 같이, TIF가 클수록 전력요금이 가산됨으로써, 전기전력설비의 사용 감소를 유도할 수 있다. In particular, the
요금 표시부(60)는 요금 계산부(37)에서 계산된 유효 전력 요금과 무효 전력 요금 및 고조파 요금을 합산하여 표시하거나 개별적으로 표시한다. 여기서, 요금 표시부(60)는 LCD(Liquid Crystal Display)나 LED(Light Emitting Diode) 또는 7-segment 등이 채용될 수 있다. The
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, I will understand. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.
10,20: A/D 컨버터 30: 계산부
31: 정상분 검출부 32: FFT 연산부
33: 유효 전력 계산부 34: 무효 전력 계산부
35: TIF 계산부 36: TIF 비교부
37: 요금 계산부 371: 유효 전력 요금 계산부
372: 무효 전력 요금 계산부 373: 고조파 요금 계산부
40: 전력량 표시부 50: 경고부
60: 요금 표시부10,20: A / D converter 30: calculation unit
31: normal detection unit 32: FFT calculator
33: active power calculator 34: reactive power calculator
35: TIF calculator 36: TIF comparator
37: charge calculator 371: active power charge calculator
372: reactive power charge calculator 373: harmonic charge calculator
40: power amount display unit 50: warning unit
60: fare display unit
Claims (10)
상기 유효 전력과 상기 무효 전력 및 상기 TIF를 표시하는 전력량 표시부를 포함하는 적산전력계.After inputting three-phase voltage and three-phase current, the normal part of each phase is detected, and then the frequency characteristics are analyzed. A calculator configured to calculate reactive power and a telephone influence factor (TIF); And
And a power amount display unit for displaying the active power, the reactive power, and the TIF.
3상 전압과 3상 전류를 입력받아 상기 각 상의 정상분을 검출하는 정상분 검출부;
상기 각 상의 정상분의 주파수 특성을 분석하여 고조파별로 상기 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 추출하는 FFT(Fast Fourier Transform) 연산부;
상기 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 이용하여 상기 유효 전력을 계산하는 유효 전력 계산부;
상기 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 이용하여 상기 무효 전력을 계산하는 무효 전력 계산부;
상기 전압 신호에 C-message 가중치를 적용하여 상기 TIF를 계산하는 TIF 계산부; 및
상기 TIF 계산부에서 계산된 상기 TIF를 기 설정된 기준값과 비교하여 비교 결과를 출력하는 TIF 비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적산전력계.The method of claim 1, wherein the calculation unit
A normal part detecting unit which receives a three-phase voltage and a three-phase current and detects a normal part of each phase;
A Fast Fourier Transform (FFT) calculator for analyzing the frequency characteristics of the normal components of each phase and extracting the magnitude of the voltage signal, the magnitude of the current signal and the phase information of the voltage signal and the current signal for each harmonic;
An active power calculator configured to calculate the active power by using the magnitude of the voltage signal and the magnitude of the current signal and the phase information of the voltage signal and the current signal;
A reactive power calculator configured to calculate the reactive power by using the magnitude of the voltage signal and the magnitude of the current signal and the phase information of the voltage signal and the current signal;
A TIF calculator configured to calculate the TIF by applying a C-message weight to the voltage signal; And
And a TIF comparator configured to output a comparison result by comparing the TIF calculated by the TIF calculator with a preset reference value.
상기 전압 신호 각각의 주파수에 설정된 C-message 가중치를 상기 전압 신호 각각에 적용한 후 합산하는 것을 특징으로 하는 적산전력계. The method of claim 3, wherein the TIF calculation unit
The integrated power meter, characterized in that after applying the C-message weights set to the frequency of each of the voltage signal applied to each of the voltage signal.
상기 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 이용하여 고조파별로 유효전력을 계산한 후 합산하는 것을 특징으로 하는 적산전력계.The method of claim 3, wherein the active power calculation unit
The integrated power meter, characterized in that by calculating the active power for each harmonic by using the magnitude of the voltage signal, the magnitude of the current signal and the phase information of the voltage signal and the current signal.
고조파별로 전압 신호의 크기와 전류 신호의 크기 및 전압 신호와 전류 신호의 위상 정보를 이용하여 고조파별로 무효전력을 계산한 후 합산하는 것을 특징으로 하는 적산전력계.The method of claim 3, wherein the reactive power calculation unit
An integrated power meter, which calculates and adds reactive power for each harmonic using the magnitude of the voltage signal and the magnitude of the current signal and the phase information of the voltage and current signals for each harmonic.
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- 2012-09-19 KR KR1020120103730A patent/KR20140037505A/en not_active Application Discontinuation
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