KR20150080063A - Device and method of trouble diagnosis for synchronous generator using an extended Kalman filter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 영구자석 동기 발전기의 고정자 권선의 인덕턴스와 저항 값을 추정하여 전동기의 고장을 진단하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 영구자석 동기 발전기에서 3상 전류센서를 통해 측정된 전류와 확장형 칼만 필터를 이용하여 고정자 각상 권선의 인덕턴스와 저항 값을 계산하고, 계산된 값을 임계치와 비교하여 전동기의 이상을 실시간으로 진단할 수 있도록 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 방법 및 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a method and an apparatus for diagnosing a fault of an electric motor by estimating inductance and resistance of a stator winding of a permanent magnet synchronous generator. More particularly, the present invention relates to a method and apparatus for diagnosing a fault of an electric motor, A method and apparatus for fault diagnosis of a synchronous generator using an extended Kalman filter that calculates the inductance and resistance of a stator winding using a Kalman filter and compares the calculated value with a threshold value to diagnose an abnormality of the motor in real time .
일반적으로, 동기 발전기(synchronous generator, 同期發電機)는 기계 동력을 전기 출력으로 변환하는 동기 교류 발전기로서, 정속도로 운전하여 일정 주파수의 교류전력을 발생한다. 자계는 직류로 여자된다. 영구자석 동기전동기(永久磁石同期電動機, Permanent Magnet synchronous Motor, PMG)는 계자에 영구자석을 사용한 동기 전동기이다.Generally, a synchronous generator (synchronous generator) is a synchronous alternator that converts mechanical power into electrical output, and generates alternating current at a constant frequency by operating at a constant speed. The magnetic field is excited into direct current. Permanent magnet synchronous motor (Permanent magnet synchronous motor, PMG) is a synchronous motor using a permanent magnet in the field.
종래 영구자석 동기 발전기의 고장 진단 방법은 정지 시 고장을 검출하는 방법으로 영구자석 동기 발전기에 검사 신호를 인가하여 출력되는 신호를 분석하여 고정자의 고장을 검출한다. A conventional fault diagnosis method of a permanent magnet synchronous generator is a method of detecting a fault at the time of stoppage, and a failure signal of the stator is detected by analyzing an output signal by applying an inspection signal to the permanent magnet synchronous generator.
정지 시 고장을 검출하는 방법은 운전 중인 영구자석 동기발전기의 동작을 정지시켜야 한다. 고장을 검출하는 과정이 진행되는 동안 영구자석 동기 발전기는 동작될 수 없으며, 이로 인해 산업체의 경제적인 손실이 발생한다.The method of detecting the fault at the stop should stop the operation of the permanent magnet synchronous generator in operation. During the process of detecting the fault, the permanent magnet synchronous generator can not be operated, resulting in an economic loss of the industry.
대용량의 영구자석 동기 발전기는 운전 중에 완전히 정지 될 때까지 많은 시간이 필요하며, 다시 정상 운전 상태로 돌아가기 위해서도 많은 시간과 에너지가 필요하므로 산업체의 경계적인 손실로 이어진다. A large-capacity permanent magnet synchronous generator requires a long time until it is completely stopped during operation, and it takes a lot of time and energy to return to a normal operation state, leading to a loss of industry boundary.
종래 영구자석 동기 발전기는 운전 장치와 연결되어 동작되며, 운전 장치는 전력계통과 연결된다. 영구자석 동기 발전기의 고장은 그 자체로 끝나지 않고 운전 장치, 전력계통까지 악영향을 끼칠 수 있어, 사전에 영구자석 동기 발전기의 이상을 감시하고자 하는 노력이 지속적으로 진행되고 있는 실정이다. The conventional permanent magnet synchronous generator is connected to the operation device, and the operation device is connected to the electric power system. The failure of the permanent magnet synchronous generator does not end itself but the operation device and the power system can be adversely affected and an effort to monitor the abnormality of the permanent magnet synchronous generator in advance has been continuously carried out.
또한, 종래의 영구자석 동기 발전기의 고장을 진단하기 위해서는 고가의 검사장비가 요구되는 단점이 있다.
Further, in order to diagnose the failure of the conventional permanent magnet synchronous generator, expensive testing equipment is required.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 영구자석 동기 발전기에서 3상 전류센서를 통해 측정된 전류와 확장형 칼만 필터를 이용하여 고정자 각상 권선의 인덕턴스와 저항 값을 계산하고, 계산된 값을 임계치와 비교하여 전동기의 이상을 실시간으로 진단할 수 있도록 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 방법 및 장치를 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a permanent magnet synchronous generator in which an inductance and a resistance value of a stator winding are calculated by using a current measured through a three- And to provide a method and an apparatus for diagnosing a fault in a synchronous generator using an extended Kalman filter that can diagnose an abnormality of an electric motor in real time in comparison with a threshold value.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전동기의 고정자 3상(a, b, c) 권선에 흐르는 3상 전류를 측정하는 3상 전류센서; 상기 산출된 3상 전류를 이용하여 상기 고정자 3상 권선에서 각 상(a, b, c) 권선의 인덕턴스 및 저항 값을 확장형 칼만 필터에 적용하여 산출하는 파라미터 산출부; 및 상기 산출된 인덕턴스 값과 저항 값을 임계치와 비교하여 상기 전동기의 고장 상태를 진단하는 제어 유닛부를 포함하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a three-phase current sensor for measuring a three-phase current flowing through three phase (a, b, c) windings of a stator of a motor; A parameter calculator for calculating an inductance and a resistance value of each phase (a, b, c) winding in the stator three-phase winding by using the calculated three-phase current to the extended type Kalman filter; And a control unit for comparing the calculated inductance value and the resistance value with a threshold value to diagnose a fault state of the motor. The apparatus for diagnosing a fault of the synchronous generator using the extended Kalman filter is provided.
또한, 상기 제어 유닛부의 제어에 따라 상기 전동기의 고장 상태를 알리는 알람(Alarm) 신호를 출력하는 고장 알람부를 더 포함할 수 있다.The control unit may further include a fault alarm unit for outputting an alarm signal indicating a fault condition of the electric motor under the control of the control unit.
또한, 상기 파라미터 산출부는, 상기 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 a상의 인덕턴스와 저항 성분이 포함된 a상 전류/전압 방정식을 구분하고, 상기 a상 전류/전압 방정식을 선형화하여 다음 수학식에 따라 확장형 칼만 필터에 적용할 수 있다.Also, the parameter calculation unit may be configured to classify the a-phase current / voltage equation including the in-phase inductance and the resistance component in a three-phase current / voltage equation using the three-phase current, linearize the a- And can be applied to the extended Kalman filter according to the mathematical expression.
여기서, 행렬 Q, P 및 R은 확장형 칼만 필터의 이득을 나타낸다.Where the matrices Q, P and R represent the gain of the expanding Kalman filter.
또한, 상기 확장형 칼만 필터의 결과값 Aa와 Bb를 이용해 다음 수학식에 따라 a상의 인덕턴스(La) 및 저항(Ra) 값을 산출하게 된다.The inductance L a and the resistance R a of the a-phase are calculated according to the following equations using the results Aa and Bb of the extended Kalman filter.
또한, 상기 파라미터 산출부는, 상기 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 b상과 c상의 전류/전압 방정식을 구분하여 확장형 칼만 필터를 적용해 Ab, Bb, Ac, Bc를 산출하고, 산출된 Ab, Bb, Ac, Bc를 이용하여 다음 수학식에 따라 b상과 c상의 인덕턴스(Lb, Lc) 및 저항(Rb, Rc) 값을 산출하게 된다.Further, the parameter calculator may calculate Ab, Bb, Ac, and Bc by applying an extended Kalman filter to the current / voltage equations of the b-phase and the c-phase in the three-phase current / voltage equation using the three-phase current, (L b , L c ) and the resistances (R b , R c ) of the b-phase and the c-phase are calculated by using the following equations: Ab, Bb, Ac and Bc.
그리고, 상기 제어 유닛부는, 각 상의 인덕턴스 값이 최대 인덕턴스 값보다 크거나 최소 인덕턴스 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하고, 각 상의 저항 값이 최대 저항 값보다 크거나 최소 저항 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하게 된다.
The control unit unit diagnoses that the inductance value of each phase is greater than the maximum inductance value or less than the minimum inductance value, and when the resistance value of each phase is larger than the maximum resistance value or smaller than the minimum resistance value, Diagnosis.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 3상 전류센서와 파라미터 산출부, 제어 유닛부 및 고장 알람부를 포함하는 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법으로서, (a) 상기 3상 전류센서가 전동기의 고정자 3상(a, b, c) 권선에 흐르는 3상 전류를 측정하는 단계; (b) 상기 파라미터 산출부가 상기 산출된 3상 전류를 이용하여 각 상(a, b, c) 권선의 인덕턴스 및 저항 값을 확장형 칼만 필터에 적용하여 산출하는 단계; (c) 상기 제어 유닛부가 상기 산출된 각 상의 인덕턴스 값과 저항 값을 임계치와 비교하여 상기 전동기의 고장 상태를 진단하는 단계; 및 (d) 상기 고장 알람부가 상기 전동기의 고장 상태를 알리는 알람(Alarm) 신호를 출력하는 단계를 포함하는 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a fault diagnosis method using an extended Kalman filter of a permanent magnet synchronous generator including a three-phase current sensor, a parameter calculator, a control unit, and a fault alarm unit, (a) measuring the three-phase current flowing through the three-phase (a, b, c) windings of the stator of the motor; (b) calculating the inductance and resistance value of each phase (a, b, c) winding by applying the calculated three-phase current to the extended Kalman filter; (c) comparing the inductance value and the resistance value of each of the calculated phases of the control unit with a threshold value to diagnose a fault condition of the electric motor; And (d) outputting an alarm signal indicating the failure state of the motor to the failure alarm unit. The fault diagnosis method using the extended Kalman filter of the permanent magnet synchronous generator is provided.
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 파라미터 산출부가 상기 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 a상의 인덕턴스와 저항 성분이 포함된 a상 전류/전압 방정식을 구분하고, 상기 a상 전류/전압 방정식을 선형화하여 다음 수학식에 따라 확장형 칼만 필터에 적용할 수 있다.In the step (b), the parameter calculation unit may distinguish the a-phase current / voltage equation including the a-phase inductance and the resistance component in the three-phase current / voltage equation using the three-phase current, The voltage equation can be linearized and applied to an extended Kalman filter according to the following equation:
여기서, 행렬 Q, P 및 R은 확장형 칼만 필터의 이득을 나타낸다.Where the matrices Q, P and R represent the gain of the expanding Kalman filter.
또한, 상기 확장형 칼만 필터의 결과값 Aa와 Bb를 이용해 다음 수학식에 따라 상기 a상의 인덕턴스(La) 및 저항(Ra) 값을 산출하게 된다.Also, the inductance L a and the resistance R a of the a phase are calculated according to the following equation using the resultant values A a and B b of the extended Kalman filter.
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 파라미터 산출부가 상기 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 b상과 c상의 전류/전압 방정식을 구분해 확장형 칼만 필터를 적용하여 Ab, Bb, Ac, Bc를 산출하고, 산출된 Ab, Bb, Ac, Bc를 이용하여 다음 수학식에 따라 b상과 c상의 인덕턴스(Lb, Lc) 및 저항(Rb, Rc) 값을 산출하게 된다.In the step (b), the parameter calculator divides the current / voltage equations of the b-phase and c-phase in the three-phase current / voltage equation using the three-phase current and applies the extended Kalman filter to calculate Ab, Bb, Ac, (L b , L c ) and resistances (R b , R c ) are calculated using the calculated values of Ab, Bb, Ac and Bc according to the following equations.
그리고, 상기 (c) 단계는, 상기 제어 유닛부가 각 상의 인덕턴스 값이 최대 인덕턴스 값보다 크거나 최소 인덕턴스 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하고, 각 상의 저항 값이 최대 저항 값보다 크거나 최소 저항 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하게 된다.
In the step (c), when the control unit unit diagnoses that the inductance value of each phase is larger than the maximum inductance value or smaller than the minimum inductance value, the resistance value of each phase is larger than the maximum resistance value, It is diagnosed as a failure.
본 발명에 의하면, 추가적인 센서를 이용하지 않으며, 영구자석 동기 발전기 제어를 위해 사용되는 고정자 각 상에 연결된 전류센서에서 각 상 전류 정보만을 이용하여 각 상의 인덕턴스와 저항 값을 산출해 임계치와 비교함으로써 전동기의 이상을 실시간으로 진단할 수 있다.According to the present invention, the current sensor connected to each phase of the stator used for controlling the permanent magnet synchronous generator does not use any additional sensor and only calculates the inductance and the resistance value of each phase using only the phase current information, Can be diagnosed in real time.
또한, 3상 전류센서를 동기발전기의 제어에 사용하게 됨으로써 별도의 고가의 검사장비가 필요치 않게 된다.In addition, since the three-phase current sensor is used for controlling the synchronous generator, an expensive inspection equipment is not required.
또한, 산업체에서 운전 중인 영구자석 동기발전기의 상태를 정확히 진단하여, 발전기의 고장을 신속히 발견하고 정지시켜, 발전기의 고장으로 인해 발생하는 피해를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
Further, it is possible to accurately diagnose the state of the permanent magnet synchronous generator in operation in the industry, quickly detect and stop the failure of the generator, and effectively reduce the damage caused by the failure of the generator.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동기 발전기 고장 진단 장치를 설명하기 위한 주요 기능 블럭을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 확장형 칼만 필터의 3상 전류 추종 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 다른 확장형 칼만 필터의 3상 인덕턴스와 저항 추종 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 최대 허용 인덕턴스와 최소 허용 인덕턴스를 포함하는 인덕턴스 임계치의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 최대 허용 저항과 최소 허용 저항을 포함하는 저항 임계치의 한 예를 나타낸 도면이다. 1 is a block diagram illustrating a main functional block for explaining a synchronous generator failure diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a fault diagnosis method using an extended Kalman filter of a permanent magnet synchronous generator according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a result of three-phase current tracking of an expanding Kalman filter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating the three-phase inductance and the resistance tracking result of the extended Kalman filter according to the embodiment of the present invention.
5 is a view illustrating an example of an inductance threshold including a maximum allowable inductance and a minimum allowable inductance according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an example of a resistance threshold including a maximum allowable resistance and a minimum allowable resistance according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that it is not intended to be limited to the particular embodiments of the invention but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
본 발명에 따른 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 방법 및 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 첨부도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A fault diagnosis method and apparatus for a synchronous generator using an expandable Kalman filter according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components will be denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
영구자석 동기 발전기의 경우, 고정자에서 층간 단락이 발생할 경우 인덕턴스 성분이 감소하며, 과전류로 인해 고정자가 손실 되었을 경우 저항 성분이 증가한다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 이러한 현상을 이용하여 동기 발전기의 고정자 고장을 각 상의 인덕턴스와 저항 성분을 산출하여 진단하는 것이다.In the case of a permanent magnet synchronous generator, the inductance component decreases when an interlayer short circuit occurs in the stator, and the resistance component increases when the stator is lost due to the overcurrent. Therefore, in the embodiment of the present invention, the stator failure of the synchronous generator is diagnosed by calculating the inductance and the resistance component of each phase using this phenomenon.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동기 발전기 고장 진단 장치를 설명하기 위한 주요 기능 블럭을 나타낸 구성도이다. 1 is a block diagram illustrating a main functional block for explaining a synchronous generator failure diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 동기 발전기 고장 진단 장치(100)는, 3상 전류센서(110)와 파라미터 산출부(120), 제어 유닛부(130) 및 고장 알람부(140)를 포함한다. 여기서, 파라미터 산출부(120)와 고장 알람부(140)는 제어 유닛부(130)에 포함되는 것으로 구성할 수 있다. 따라서, 파라미터 산출부(120), 제어 유닛부(130) 및 고장 알람부(140)는 하나의 제어 유닛부로 표시할 수도 있다.1, a synchronous generator
3상 전류센서(110)는 전동기의 고정자 3상(a, b, c) 권선에 흐르는 3상 전류를 측정한다.The three-phase
즉, 3상 전류센서(110)는 다음 수학식 1에 따른 3상의 전류/전압 방정식을 이용하여 영구자석 동기 발전기의 3상 전류를 측정한다.That is, the three-phase
수학식 1에서, a상의 인덕턴스와 저항 성분이 포함된 a상 전류/전압 방정식을 구분하여 행렬로 나타내면 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.In Equation (1), the a-phase current / voltage equation including the inductance and resistance component of a can be expressed as a matrix and expressed by the following equation (2).
수학식 1과 수학식 2에서, Va, Vb, Vc는 제어 유닛부(130)의 각 상의 지령 전압을 나타내고, ea, eb, ec는 역기전력을 나타낸다. 또한, 수학식 2에서 Aa는 a상의 저항 값을 나타내고, Ba는 a상의 인덕턴스 값을 나타낸다.In Equations (1) and (2), V a , V b , and V c represent command voltages of respective phases of the
수학식 2를 확장형 칼만 필터에 적용하기 위해 선형화하면 다음 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.If Equation (2) is linearized to apply to the extended Kalman filter, it can be expressed as Equation (3).
파라미터 산출부(120)는 산출된 3상 전류를 이용하여 고정자 3상 권선에서 각 상(a, b, c) 권선의 인덕턴스 및 저항 값을 확장형 칼만 필터에 적용하여 산출하게 된다.The
또한, 파라미터 산출부(120)는, 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 a상의 인덕턴스와 저항 성분이 포함된 a상 전류/전압 방정식을 구분하고, a상 전류/전압 방정식을 선형화 한 후 확장형 칼만 필터에 적용하여 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.Further, the
여기서, 행렬 Q, P 및 R은 확장형 칼만 필터의 이득을 나타낸다.Where the matrices Q, P and R represent the gain of the expanding Kalman filter.
또한, 파라미터 산출부(120)는 확장형 칼만 필터의 결과값 Aa와 Ba를 이용해 다음 수학식 5에 따라 a상의 인덕턴스(La) 및 저항(Ra) 값을 산출하게 된다.In addition, the
또한, 파라미터 산출부(120)는, 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 b상과 c상의 전류/전압 방정식을 구분하여 확장형 칼만 필터를 적용해 Ab, Bb, Ac, Bc를 산출하고, 산출된 Ab, Bb, Ac, Bc를 이용하여 다음 수학식 6에 따라 b상과 c상의 인덕턴스(Lb, Lc) 및 저항(Rb, Rc) 값을 산출하게 된다.Further, the
제어 유닛부(130)는 산출된 인덕턴스 값과 저항 값을 임계치와 비교하여 전동기의 고장 상태를 진단하게 된다.The
그리고, 제어 유닛부(130)는, 각 상의 인덕턴스 값이 최대 인덕턴스 값보다 크거나 최소 인덕턴스 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하고, 각 상의 저항 값이 최대 저항 값보다 크거나 최소 저항 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하게 된다.If the inductance value of each phase is greater than the maximum inductance value or smaller than the minimum inductance value, the
고장 알람부(140)는 제어 유닛부(130)의 제어에 따라 전동기의 고장 상태를 알리는 알람(Alarm) 신호를 출력한다.
The
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.2 is a flowchart illustrating a fault diagnosis method using an extended Kalman filter of a permanent magnet synchronous generator according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 동기 발전기 고장 진단 장치(100)는, 먼저 3상 전류센서(110)가 전동기의 고정자 3상(a, b, c) 권선에 흐르는 3상 전류를 측정한다(S210).2, a synchronous generator
이때, 3상 전류센서(110)를 통해 측정된 3상(a, b, c) 전류는 수학식 1에 따른 3상의 전류/전압 방정식을 이용하여 나타낸다.At this time, the three-phase (a, b, c) current measured through the three-phase
이어, 파라미터 산출부(120)는 측정된 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서, a상 전류/전압 방정식을 구분하여 선형화 한 후, 확장형 칼만 필터에 적용한다(S220).Next, the
즉, 파라미터 산출부(120)는 수학식 1에 나타낸 바와 같이 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서, 수학식 2에 나타낸 바와 같이 a상의 인덕턴스와 저항 성분이 포함된 a상 전류/전압 방정식을 구분하고, 수학식 3에 나타낸 바와 같이 a상 전류/전압 방정식을 선형화 한 후, 확장형 칼만 필터에 적용하여 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다. 수학식 4에서, 행렬 Q, P 및 R은 확장형 칼만 필터의 이득을 나타낸다.That is, as shown in Equation (1), the
본 발명의 실시예에 이용하는 확장형 칼만 필터는 선형(Linear)적인 모델 뿐만 아니라 비선형(Nonlinear)적인 모델에도 적용할 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따라 확장형 칼만 필터를 이용하여 3상 전류를 추종하면 도 3에 도시된 바와 같이 a상의 전류(Ia), b상의 전류(Ib), c상의 전류(Ic)에 대한 전류 파형을 얻을 수 있다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 확장형 칼만 필터의 3상 전류 추종 결과를 나타낸 도면이다.The extended Kalman filter used in the embodiment of the present invention can be applied not only to a linear model but also to a nonlinear model. If the three-phase current is followed by using the extended Kalman filter according to the embodiment of the present invention The current waveform for the current (Ia) on the a phase, the current Ib on the b phase, and the current (Ic) on the c phase can be obtained as shown in Fig. 3 is a diagram illustrating a result of three-phase current tracking of an expanding Kalman filter according to an embodiment of the present invention.
이어, 파라미터 산출부(120)는 확장형 칼만 필터의 결과값 Aa와 Ba를 이용해 수학식 5에 나타낸 바와 같이 a상의 인덕턴스(La) 및 저항(Ra) 값을 산출한다(S230).Next, the
이어, 파라미터 산출부(120)는 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 b상과 c상의 전류/전압 방정식을 구분하고, b상과 c상의 전류/전압 방정식을 선형화 한 후 확장형 칼만 필터를 적용하여 Ab, Bb, Ac, Bc를 산출한다(S240).Next, the
이어, 파라미터 산출부(120)는 산출된 Ab, Bb, Ac, Bc를 이용하여 수학식 6에 나타낸 바와 같이 b상과 c상의 인덕턴스(Lb, Lc) 및 저항(Rb, Rc) 값을 산출한다(S250).Then, the
또한, 본 발명의 실시예에 따라 확장형 칼만 필터를 이용하여 3상의 인덕턴스와 저항을 추종하면 도 4에 도시된 바와 같이 a상의 저항(Ra)과 인덕턴스(La), b상의 저항(Rb)과 인덕턴스(Lb), c상의 저항(Rc)과 인덕턴스(Lc)에 대한 결과를 얻을 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시예에 다른 확장형 칼만 필터의 3상 인덕턴스와 저항 추종 결과를 나타낸 도면이다.4, when the three-phase inductance and resistance are tracked using the extended Kalman filter according to the embodiment of the present invention, the resistance Ra and the inductance La on the a phase, the resistance Rb on the phase b, (Rc) and inductance (Lc) on the c-axis (Lb) and c-axis. FIG. 4 is a diagram illustrating the three-phase inductance and the resistance tracking result of the extended Kalman filter according to the embodiment of the present invention.
이어, 제어 유닛부(130)가 산출된 각 상의 인덕턴스 값과 저항 값을 임계치와 비교하여 전동기의 고장 상태를 진단한다(S260).Next, the
즉, 제어 유닛부(130)는 도 5에 도시된 바와 같이 각 상의 인덕턴스 값이 최대 인덕턴스 값보다 크거나, 최소 인덕턴스 값보다 작을 경우에 동기 발전기가 고장이라 진단한다. 또한, 제어 유닛부(130)는 도 6에 도시된 바와 같이 각 상의 저항 값이 최대 저항 값보다 크거나, 최소 저항 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하게 되는 것이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 최대 허용 인덕턴스와 최소 허용 인덕턴스를 포함하는 인덕턴스 임계치의 한 예를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 최대 허용 저항과 최소 허용 저항을 포함하는 저항 임계치의 한 예를 나타낸 도면이다. That is, as shown in FIG. 5, the
이어, 고장 알람부(140)는 제어 유닛부(130)의 제어에 따라 전동기의 고장 상태를 알리는 알람(Alarm) 신호를 출력한다(S270).Next, the
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 영구자석 동기 발전기에서 3상 전류센서를 통해 측정된 전류와 확장형 칼만 필터를 이용하여 고정자 각상 권선의 인덕턴스와 저항 값을 계산하고, 계산된 값을 임계치와 비교하여 전동기의 이상을 실시간으로 진단할 수 있도록 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 방법 및 장치를 실현할 수 있다.As described above, according to the present invention, the inductance and the resistance value of each phase of the stator are calculated by using the current measured through the three-phase current sensor and the extended Kalman filter in the permanent magnet synchronous generator, and the calculated value is compared with the threshold value It is possible to realize a fault diagnosis method and apparatus of a synchronous generator using an extended type Kalman filter that can diagnose an abnormality of an electric motor in real time.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims and their equivalents. Only. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
본 발명은 영구자석 동기 발전기에서 3상 전류센서를 통해 측정된 전류와 확장형 칼만 필터를 이용하여 고정자 각상 권선의 인덕턴스와 저항 값을 계산하고, 계산된 값을 임계치와 비교하여 전동기의 이상을 실시간으로 진단할 수 있도록 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 방법 및 장치에 적용할 수 있다.
In the present invention, the inductance and the resistance value of the stator winding are calculated by using the current measured through the three-phase current sensor and the extended Kalman filter in the permanent magnet synchronous generator, and the calculated value is compared with the threshold value, The present invention can be applied to a fault diagnosis method and apparatus of a synchronous generator using an extended Kalman filter.
100 : 동기 발전기 고장 진단 장치
110 : 3상 전류센서
120 : 파라미터 산출부
130 : 제어 유닛부
140 : 고장 알람부100: Synchronous generator fault diagnosis device
110: Three-phase current sensor
120: Parameter calculation unit
130:
140: Fault alarm unit
Claims (11)
상기 산출된 3상 전류를 이용하여 상기 고정자 3상 권선에서 각 상(a, b, c) 권선의 인덕턴스 및 저항 값을 확장형 칼만 필터에 적용하여 산출하는 파라미터 산출부; 및
상기 산출된 인덕턴스 값과 저항 값을 임계치와 비교하여 상기 전동기의 고장 상태를 진단하는 제어 유닛부;
를 포함하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 장치.
3-phase current sensor for measuring the 3-phase current flowing in the three-phase (a, b, c) windings of the stator of the motor;
A parameter calculator for calculating an inductance and a resistance value of each phase (a, b, c) winding in the stator three-phase winding by using the calculated three-phase current to the extended type Kalman filter; And
A control unit for diagnosing a fault condition of the motor by comparing the calculated inductance value and the resistance value with a threshold value;
And a fault diagnosis device for the synchronous generator using the extended Kalman filter.
상기 제어 유닛부의 제어에 따라 상기 전동기의 고장 상태를 알리는 알람(Alarm) 신호를 출력하는 고장 알람부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
A fault alarm unit for outputting an alarm signal informing the fault state of the electric motor under the control of the control unit;
And a fault diagnosis unit for detecting a fault of the synchronous generator using the extended Kalman filter.
상기 파라미터 산출부는, 상기 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 a상의 인덕턴스와 저항 성분이 포함된 a상 전류/전압 방정식을 구분하고, 상기 a상 전류/전압 방정식을 선형화하여 다음 수학식에 따라 확장형 칼만 필터에 적용하는 것을 특징으로 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 장치.
여기서, 행렬 Q, P 및 R은 확장형 칼만 필터의 이득을 나타낸다.
The method according to claim 1,
The parameter calculation unit may be configured to classify the a-phase current / voltage equation including the in-phase inductance and the resistance component in a three-phase current / voltage equation using the three-phase current, linearize the a- And the extended Kalman filter is applied to the extended Kalman filter according to the extended Kalman filter.
Where the matrices Q, P and R represent the gain of the expanding Kalman filter.
상기 확장형 칼만 필터의 결과값 Aa와 Bb를 이용해 다음 수학식에 따라 a상의 인덕턴스(La) 및 저항(Ra) 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 장치.
The method of claim 3,
Failure diagnostic system for the synchronous generator Using Extended Kalman Filter, which is characterized in that using the resulting value Aa and Bb of the extended Kalman filter calculates the inductance (L a) and a resistor (R a) value on a according to the following equation.
상기 파라미터 산출부는, 상기 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 b상과 c상의 전류/전압 방정식을 구분하여 확장형 칼만 필터를 적용해 Ab, Bb, Ac, Bc를 산출하고, 산출된 Ab, Bb, Ac, Bc를 이용하여 다음 수학식에 따라 b상과 c상의 인덕턴스(Lb, Lc) 및 저항(Rb, Rc) 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
The parameter calculator divides the current / voltage equations of the b-phase and the c-phase in the three-phase current / voltage equation using the three-phase current to calculate Ab, Bb, Ac and Bc by applying the extended Kalman filter, (L b , L c ) and the resistances (R b , R c ) of the b-phase and the c-phase are calculated according to the following mathematical expressions using Bb, Ac, Generator Fault Diagnosis Device.
상기 제어 유닛부는, 각 상의 인덕턴스 값이 최대 인덕턴스 값보다 크거나 최소 인덕턴스 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하고, 각 상의 저항 값이 최대 저항 값보다 크거나 최소 저항 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하는 것을 특징으로 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
The control unit unit diagnoses that the inductance value of each phase is greater than the maximum inductance value or less than the minimum inductance value and diagnoses that the failure is occurred when the resistance value of each phase is larger than the maximum resistance value or smaller than the minimum resistance value And a fault diagnosis device for the synchronous generator using the extended Kalman filter.
(a) 상기 3상 전류센서가 전동기의 고정자 3상(a, b, c) 권선에 흐르는 3상 전류를 측정하는 단계;
(b) 상기 파라미터 산출부가 상기 산출된 3상 전류를 이용하여 각 상(a, b, c) 권선의 인덕턴스 및 저항 값을 확장형 칼만 필터에 적용하여 산출하는 단계;
(c) 상기 제어 유닛부가 상기 산출된 각 상의 인덕턴스 값과 저항 값을 임계치와 비교하여 상기 전동기의 고장 상태를 진단하는 단계; 및
(d) 상기 고장 알람부가 상기 전동기의 고장 상태를 알리는 알람(Alarm) 신호를 출력하는 단계;
를 포함하는 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법.
A fault diagnosis method using an extended Kalman filter of a permanent magnet synchronous generator including a three-phase current sensor, a parameter calculation unit, a control unit unit, and a fault alarm unit,
(a) measuring the three-phase current flowing through the three-phase (a, b, c) windings of the stator of the motor;
(b) calculating the inductance and resistance value of each phase (a, b, c) winding by applying the calculated three-phase current to the extended Kalman filter;
(c) comparing the inductance value and the resistance value of each of the calculated phases of the control unit with a threshold value to diagnose a fault condition of the electric motor; And
(d) outputting an alarm signal for notifying the failure alarm state of the failure of the electric motor;
And a fault diagnosis method using the extended Kalman filter of the permanent magnet synchronous generator.
상기 (b) 단계는, 상기 파라미터 산출부가 상기 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 a상의 인덕턴스와 저항 성분이 포함된 a상 전류/전압 방정식을 구분하고, 상기 a상 전류/전압 방정식을 선형화하여 다음 수학식에 따라 확장형 칼만 필터에 적용하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법.
여기서, 행렬 Q, P 및 R은 확장형 칼만 필터의 이득을 나타낸다.
The method of claim 7,
The step (b) includes the steps of: (a) dividing the a-phase current / voltage equation including the a-phase inductance and the resistance component in the three-phase current / voltage equation using the three-phase current, And applying the linear Kalman filter to the extended Kalman filter according to the following equation: < EMI ID = 1.0 >
Where the matrices Q, P and R represent the gain of the expanding Kalman filter.
상기 확장형 칼만 필터의 결과값 Aa와 Bb를 이용해 다음 수학식에 따라 상기 a상의 인덕턴스(La) 및 저항(Ra) 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법.
The method of claim 8,
The inductance L a and the resistance R a of the a phase are calculated by using the resultant values A a and B b of the extended Kalman filter according to the following equation: Diagnostic method.
상기 (b) 단계는, 상기 파라미터 산출부가 상기 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 b상과 c상의 전류/전압 방정식을 구분해 확장형 칼만 필터를 적용하여 Ab, Bb, Ac, Bc를 산출하고, 산출된 Ab, Bb, Ac, Bc를 이용하여 다음 수학식에 따라 b상과 c상의 인덕턴스(Lb, Lc) 및 저항(Rb, Rc) 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법.
The method of claim 8,
In the step (b), the parameter calculator divides the current / voltage equations of the b-phase and the c-phase in the three-phase current / voltage equation using the three-phase current to apply Ab, Bb, Ac, Bc (L b , L c ) and resistances (R b , R c ) are calculated using the calculated values of Ab, Bb, Ac and Bc according to the following equations Fault Diagnosis Method Using Extended Kalman Filter of Permanent Magnet Synchronous Generator.
상기 (c) 단계는, 상기 제어 유닛부가 각 상의 인덕턴스 값이 최대 인덕턴스 값보다 크거나 최소 인덕턴스 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하고, 각 상의 저항 값이 최대 저항 값보다 크거나 최소 저항 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법.
The method of claim 7,
In the step (c), when the control unit unit diagnoses that the inductance value of each phase is larger than the maximum inductance value or less than the minimum inductance value, and the resistance value of each phase is larger than the maximum resistance value or smaller than the minimum resistance value The fault diagnosis is made by using the extended Kalman filter of the permanent magnet synchronous generator.
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