KR20210033883A - 에너지저장장치의 누설전류 및 절연감시 진단 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents

에너지저장장치의 누설전류 및 절연감시 진단 모니터링 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력전자 분야(PCS)의 설비 진단 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것으로 전력전자 설비별 데이터 측정 및 개별 서버를 이용하여 전체 시스템의 대한 누설전류 및 절연감시를 통한 진단모니터링 알고리즘 구현으로 통합하여 구성하는 진단 인프라 구축된 시스템과 그 방법을 제공하는 목적이 있다.
또한 기존의 에너지저장장치의 서지 및 절연감시 진단, 통합모니터링 시스템은 현재 일부 외산에 의존하고 있어 ICT의'융합&연결'기반 기술 구축을 통한 시스템의 소형화, 현장 운영 효율성을 높이고 국산화 및 연관기술 확보로 구매비용 절감 및 ESS 시스템의 안정 운영에 기여하고자 하며, 또한 한전, 발전사, 민수분야등에 '4차 산업'플랫폼 도입이 가능하고, 현재 ESS 화재로부터도 사전 감시 및 모니터링(485통신)을 통한 시스템 안정화 목적으로 알고리즘 구현으로 시스템의 안정화 및 신뢰성 확보를 목적으로 구현을 목적으로 한다.

Description

에너지저장장치의 누설전류 및 절연감시 진단 모니터링 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DIAGNOSIS AND MONITORING LEAKAGE CURRENT AND INSULATION OF ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 전력 설비 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 상세한 내용은 전력 설비의 누설전류, 절연감시 등의 전력 설비의 절연상태의 진단 및 모니터링 하기 위한 시스템과 방법에 관한 것이다.
전력 설비를 모니터링하기 위한 시스템은 전력 설비의 근처에 있는 인접설비의 이상 상태에 따라 발생하는 이벤트를 검출 및 저장하고 이를 분석 장치로 전송하고, 분석 장치는 수신된 데이터를 분석하여 전력 설비의 상태를 인식할 수 있다. 인식된 상태 정보는 HMI(Human Machine Interface)을 통해서 관리자에 의해 실시간 모니터링되거나 통신을 통해 상위시스템에 전송되고, 전력 설비의 이상 신호를 분석하여 데이터 보정하여 시스템의 운전 상태와 비교 분석을 통한 전력 설비의 운전 여부를 HMI을 통해 다시 실시간 전송한다.
기존의 시스템은 상기의 전력 설비들을 각각 진단 및 모니터링하여 데이터를 측정하고 각각의 서버에서 진단상태 절연감시 및 누설전류에 대한 정보를 획득하고 관리하는 방식(개별 시스템 방식)도록 구성되는 방식이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 인출된 것이며, 전력 설비 별로 데이터를 측정하여 다수의 전력 설비들을 통합하여 구성함으로써 진단 알고리즘을 구현하여 통합모니터링에 대한 인프라 구축 시스템과 그 방법을 제공함이 목적이다.
전력 설비를 모니터링하기 위한 시스템은, PCS(Power Conversion System) 정보, 변압기 정보, 수변전설비 정보를 획득하기 위한 측정 센서 장치, 상기 측정 센서 장치로부터 전류 데이터를 감지하기 위한 전류 센서, 상기 전류 센서에 의해 획득된 전류 데이터에 기반하여 상기 전력 설비의 상태 정보를 생성하기 위한 회로 및 신호 분석 장치, 및 상기 상태 정보를 표시하기 위한 모니터링(HMI) 시스템을 포함하고, 상기 상태 정보는, 인가되는 제어 신호에 따라 고조파, 서지, 누설전류, 절연저항, 또는 노이즈를 포함할 수 있다.
상기 전류 센서는, 플럭스 게이트 센서, 여자기 검출기, 및 상태검출기를 포함하고, 상기 플럭스 게이트 센서는, 상기 여자기 검출기를 통해 검출된 전류값과 상기 전류값에서 상기 상태검출기에 의해 노이즈 성분이 제거된 값을 비교함으로써 상기 전류 데이터를 생성할 수 있다.
상기 회로 및 신호 분석 장치는, 상기 전류 센서로부터 전류에 대한 데이터를 입력받는 CT 입력처리부, 통신하고자 하는 어드레스 정보를 결정하기 위한 통신 어드레스 처리부, 상기 전류에 대한 데이터에 기반하여 전류의 누설 여부를 판단하는 누설전류 계기부, 누설상태를 표시하는 누설전류 표시부, 상기 전류에 대한 데이터에 기반하여 안정 범위를 벗어난 경우 알람경보를 통해 위험 경보를 발생시키는 위험 경보부, 상기 위험 경보를 해제시키는 경보 해제부를 포함할 수 있다.
기술적 측면에서, ESS(Energy Storage System)의 상태의 온라인 원격감시 및 체계적인 관리체제가 구축되어 효율적인 설비의 관리가 가능하다. 갑작스러운 사고예방 및 고장요인 발생 시, 즉각 점검이 용이하고 또한 고장율 감소 및 예지 보전이 가능하다. 고성능 소형화, 간소화 장치를 통한 효율적인 현장 운용이 가능하다. 고장 예측 진단의 판단 기준 및 표준화를 지원함으로써 예방정비 정확성 및 신속성 증대될 수 있다. 설비의 운전이력과 상태이력 등(Database)에 대한 인터페이스를 지원함으로 통합 모니터링시스템 가능하다. ICT(Information & Communication Technology) 기술을 접목함으로써, ESS(Energy Storage System)의 수명예측 및 효율적인 설비관리가 이루어질 수 있다.
도1은 일 실시 예에 따른 시스템을 나타낸다.
도2는 일 실시 예에 따른 전류 센서의 구성을 나타낸다.
도3은 일 실시 예에 따른 장치의 블록도를 나타낸다.
도4는 일 실시 예에 따른 시스템을 나타낸다.
아래에서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들(이하, 통상의 기술자들)이 본 발명을 용이하게 사용할 수 있도록, 첨부되는 도면들을 참조하여 몇몇 실시 예가 명확하고 상세하게 설명될 것이다.
또한, 명세서에서 사용되는 "부" 이라는 용어는 하드웨어 구성요소 또는 회로를 의미할 수 있다.
도1은 일 실시 예에 따라, 전력 설비의 누설전류를 검출하기 위한 시스템을 나타낸다.
도1을 참조하면, 시스템(1000)은 전력 설비의 전류센서에서 검출된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 인터페이스 회로를 통하여 DSP 보드에서 개별신호를 HMI로 전송하여 전면에 상태를 표시하기 위한 것이다.
도1을 참조하면, 시스템(1000)은 측정 센서 장치(20), 전류 센서(40), 회로 및 신호 분석 장치(60), 및 모니터링(HMI : Human Machine Interface) 시스템(80)을 포함할 수 있다.
측정 센서 장치(20)는 PCS(Power Conversion System) 정보, 변압기 정보, 수변전설비 정보를 획득할 수 있다. PCS 정보는 기본적으로 입력, 출력 데이터에 관한 정보, 알람 경보를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 측정 센서 장치(20)는 에너지 저장 장치(ESS)의 PCS 정보, 변압기 정보, 수변전설비 정보를 획득할 수 있다.
전류 센서(40)는 측정 센서 장치(20)의 직류 전류 및 (또는) 교류 전류 성분을 감지할 수 있다. 예를 들어, 전류 센서(40)는 PCS 의 전류를 측정할 수 있다.
회로 및 신호 분석 장치(60)는 전류 센서(40)에 의해 획득된 데이터에 기반하여 전력 설비의 각종 상태 정보를 생성할 수 있다.
모니터링(HMI) 시스템(80)은 회로 및 신호 분석 장치(60)에서 생성된 각종 정보를 관리자에게 표시할 수 있다.
시스템(1000)은 전력 변환 시스템에서 발생되는 서지(surge), 누설전류, 절연감시에 대한 모니터링 등에 대한 어느 하나 이상의 측정 센서 장치(전류센서를 통하여 필요한 전원를 검출하는 장치)(20)를 대상으로 측정 분야에 대한 측정 신호를 디지털 신호(예를 들어, 이진 코드)로서 인식하고, 인식된 신호로부터 데이터를 수집(DSP 제어기에서 수집된 정보를 비교분석 및 해석하여 필요한 정보를 제공하는 기능)하고, 데이터를 연산처리하는 회로 및 신호 분석 장치(60)를 통하여 통합 정보관리를 모니터링을 통한 데이터를 관리 및 진단(전면 디스플레이(HMI)에서 정보 및 상태감시 & 알람경보 등을 통합하여 제공하는 기능)할 수 있다. 즉, 인식된 신호로부터 데이터를 수집(DSP 제어기에서 수집된 정보를 비교분석 및 해석하여 필요한 정보를 제공하는 기능)하여 연산처리하는 분석장치를 통하여 통합 정보관리를 모니터링을 통한 데이터를 관리 및 진단(전면 디스플레이(HMI)에서 정보 및 상태감시 & 알람경보 등을 통합하여 제공하는 기능) 하여 신호 상태를 분석장치에 통하여 통신, 연산, 설정, 이벤트 제공을 통한(전면 디스플레이에서 표시된 정보를 인터넷(TCP/IP 통신을 이용하여 별도에 관제센터에 표시 상태정보를 제공하는 기능) 절연상태, 누설전류의 여부를 모니터링을 운영상태 정보를 상위시스템에 제공할 수 있다.
HMI 시스템은 전면 디스플레이에서 표시된 정보를 인터넷(TCP/IP 통신을 이용하여 별도에 관제센터에 표시 상태정보를 제공하는 기능) 통신을 통해 절연 상태, 누설전류의 여부 등을 상위 시스템에 제공할 수 있다.
기존의 누설전류의 검출방식은 기준되는 정전압값 가지고 기준되는 저항의 양단전압차를 검출하여 누설 전류값과 절연저항값을 산출하므로, 직류 접지성분을 검출하여 AC/DC 성분에 함유된 누설전류의 성분을 검출하는데 어려움이 있었다.
이러한 단점을 보완하기 위한 방법으로, 도2를 참조하면, 플럭스 게이트 센서(Flux Gate Sensor)를 이용하여 검출된 전류 성분의 양단에 필터를 적용하여 필터링된 값을 이용하여, 누설전류 성분의 용량성, 저항성의 성분을 보호할 수 있는 서어지 보호할 수 있는 RLC 스너버(snubber) 회로를 구성하여 하거나 또는 통합 가능한 안정된 출력측 전원을 검출 방법으로 선택할 수 있는 회로를 구현하여 절연상태를 모니터링하고 시스템의 안정성 확보를 최우선으로 구현할 수 있다.
코어내부의 발진신호 신호를 D/A(디지털에서 아날로그로) 변환시 발생하는 자화 신호(magnetize signal)와 DC성분의 전류 신호를 비교 분석(자기유도 현상을 통하여 자성체를 이용하여 일정한 크기이상의 전류성분을 제거하는 방법) 및 서어지에 포함된 전류의 크기가 검출된 서어지를 비교기를 통하여 제거 후 함량을 비교 분석하여, 누설되는 전류량 DSP제어기 내부의 필터를 활용하여 검출된 직류 또는 교류 성분의 전류을 보상하는 LC필터를 구현하여 누설전류 감소 효과 및 절연감시에 활용하여 사고 예방과 시스템 보호 역할이 가능하게 한다.
출력측에서 검출된 미세전류가 양단에 흐르고 있으며, 이때 CT(Current Transformer)측에 3권선으로 코일을 적용하여 전류의 배율을 증폭시켜 센서의 정밀도를 확보 할 수 있다. 상태검출기는 획득된 전류에 노이즈 성분을 일부 제거 후 여자기 검출기를 통하여 전류값을 검출하여 플렉스게이트 센서측에 전류의 정보를 제공함으로써 제어기에서 측정 전류값의 정보를 제공의 목적이다.
회로 및 신호 분석 장치(60)는 전원회로 있어서 AC/DC를 변환하는 파워 서플라이의 전원을 사용하는 시스템들이 안정적인 운영과 계측을 통한 전력량계산의 기본은 (제어기에 안정된 일정한 전원을 공급하기위해 제어기에 필요한 전원공급기) CT/PT(Current Transformer, Potential Transformer)의 센서(전력계통에서 여러 가지 목적으로 전류와 전압을 계측하여야 하며, 이때 전력계통 및 설비보호를 위해 전류와 전압의 측정값이 필요하다. 큰 전류를 작은 전류로 바꾸어 주는 것을 CT(계기용 변류기)라고 하고, 높은 전압을 낮은 전압으로 바꾸어주는 것을 PT(계기용 변압기)라고 한다.) 회로의 블록도 내부에 각종 센서 및 비교검출기를 통하여 상태표시 및 정보를 분석하는 장치를 이용하여 센싱하는 것이 기본 개념이다. 누설 전류를 측정하는 센서(각종 정보를 검출하는 장치)는 mA를 기반으로 측정하여 계측되며, DC 전류 센서(CT)를 이용한 통합 감시 및 운용시스템 구현을 적용하여 실시간 감시 기능을 부여하여 특정 신호를 검출하여 센서를 통하여 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 설비의 모니터링 시스템이다.
회로 및 신호 분석 장치(60)는 인가되는 제어 신호에 따라 측정대상(고조파, 서지, 노이즈, 누설전류, 절연저항 등) 및 측정 항목별 알고리즘코드별 샘플링주기, 데이터 수집방법, 변환속도 및 저항값에 대한 변환 정보를 수집(논리적으로 문제를 해결하고자 필요한 절차와 명령어들을 내용과 순서에 맞게 필요한 입력전원을 주기적으로 자료를 수집하여 변환하는 기능)하고 분석하는 기능이 부여될 수 있다.
센서에서 수집된 측정 대상 및 측정항목에 대한 알고리즘 코드 인식하여 각각의 테이터(시스템 운영에 필요한 전압 및 전류정보를 수집기능) 변환(아날로그 신호를 디지털 신호로 변환)하는 A/D변환기, D/A변환기(교류전원을 직류로 변환하고, 또는 직류전원을 교류로 변환하는 변환기)를 포함하여 이루어지며, 이에 따른 신호 인식부를 통하여 신호를 변환하는 데이타를 추출하는 데이터 변환부이며, 상기 데이터를 수집된 정보로 저장하는 데이터저장부를 포함할 수 있다.
데이터 저장부는 데이터를 동기화 연산, 주기적 계산, 평균값, 고조파분석, 서지, 누설전류, 절연저항값 등을 수집하여 연산 처리할 수 있다. 데이터 변환부(DSP제어기 및 비교 검출부에서 아날로그 정보를 디지털로 변환하는 기능)는 진단 요소(고조파 크기 및 서어지 함량에 대한 필요정보기능)에 대한 절연감시, 접지상태등의 진단 요소 분석 기능을 가지고 수집 정보를 모니터링(485통신)을 통한 상위시스템에 정보 제공하여 상시 감시기능을 부여하며, 제품에 대한 Compact화를 통해 일체형으로 구현될 수 있다.
회로 및 신호 분석 장치(60)는 센서의 정보를 수신하여 전기적 신호로 변환하여 변환된 전기적 신호를 증폭하고 증폭된 신호를 안정화하는 기능이 부여될 수 있다.
모니터링 시스템(80)은 데이터 송수신을 수행하여 모니터링 장치를 통하여 특정 요소(상태표시기능에서 고조파 또는 서어지 성분을 표시하는 기능)를 제공하는 진단 모티터링 을 제공할 수 있다.
도3은 일 실시 예에 따라, 전력 설비의 누설전류를 검출하기 위한 시스템의 블록도를 나타낸다.
도3을 참조하면, 회로 및 신호 분석장치(3000)는 전류센서로부터 전류에 대한 데이터를 입력받는 CT 입력처리부(600), 통신하고자 하는 어드레스 정보를 결정하기 위한 통신 어드레스 처리부(700), 누설전류 계기부(100), 누설전류 표시부(200), 위험 경보부(300), 경보 해제부(400), 및 MCU(500)를 포함할 수 있다.
누설전류 계기부(100)의 기능은 전류 센서에서 검출된 전류의 누설여부를 판단하는 기능이며, 누설전류 표시부(200)는 전면에 누설상태를 표시하는 표시창이고, 위험 경보부(300)는 전류 센서에서 획득한 정보가 안정범위를 벗어난 경우 알람경보를 통해 상태 알려주는 기능, 경보 해제부(400)는 위험상태의 알람을 해제하는 기능이며, CT입력처리부(600) & 통신어드레스 처리부(700)는 개별 입력된 신호를 처리하며, 처리된 정보를 통신 기능을 통하여 모든 정보를 상위시스템에 제공할 수 있다. 또한 MCU(500)는 모든 정보를 제어 및 상태를 표시하는 기능을 제공할 수 있다.
도4는 일 실시 예에 따라, 도1의 시스템의 다른 구성도를 나타낸다.
도4의 아날로그-디지털 변환기(A&D)는 전류 센서로부터 수신되는 아날로그 데이터를 디지털로 변환하여 MPU(Micro Processing Unit)으로 전달하고, MPU는 수신된 디지털 데이터를 분석하여 HMI를 통해 서지(surge), 누설전류, 절연 상태 등을 표시할 수 있다. 전류센서는 선로에 얻은 정보를 A&D 변환부는 아날로그신호를 디지털신호를 변환하여 센서를 통하여 획득정보를 MPU를 통하여 모든 정보를 제어 및 감시하여 HMI를 통하여 전류값을 표시하는 역할을 수행한다.
위 설명들은 본 발명을 구현하기 위한 예시적인 구성들 및 동작들을 제공하도록 의도된다. 본 발명의 기술 사상은 위에서 설명된 실시 예들뿐만 아니라, 위 실시 예들을 단순하게 변경하거나 수정하여 얻어질 수 있는 구현들도 포함할 것이다. 또한, 본 발명의 기술 사상은 위에서 설명된 실시 예들을 앞으로 용이하게 변경하거나 수정하여 달성될 수 있는 구현들도 포함할 것이다.

Claims (3)

  1. 전력 설비를 모니터링하기 위한 시스템에 있어서,
    PCS(Power Conversion System) 정보, 변압기 정보, 수변전설비 정보를 획득하기 위한 측정 센서 장치;
    상기 측정 센서 장치로부터 전류 데이터를 감지하기 위한 전류 센서;
    상기 전류 센서에 의해 획득된 전류 데이터에 기반하여 상기 전력 설비의 상태 정보를 생성하기 위한 회로 및 신호 분석 장치; 및
    상기 상태 정보를 표시하기 위한 모니터링(HMI) 시스템을 포함하고,
    상기 상태 정보는, 인가되는 제어 신호에 따라 고조파, 서지, 누설전류, 절연저항, 또는 노이즈를 포함하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 센서는,
    플럭스 게이트 센서;
    여자기 검출기; 및
    상태검출기를 포함하고,
    상기 플럭스 게이트 센서는, 상기 여자기 검출기를 통해 검출된 전류값과 상기 전류값에서 상기 상태검출기에 의해 노이즈 성분이 제거된 값을 비교함으로써 상기 전류 데이터를 생성하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회로 및 신호 분석 장치는,
    상기 전류 센서로부터 전류에 대한 데이터를 입력받는 CT 입력처리부;
    통신하고자 하는 어드레스 정보를 결정하기 위한 통신 어드레스 처리부;
    상기 전류에 대한 데이터에 기반하여 전류의 누설 여부를 판단하는 누설전류 계기부;
    누설상태를 표시하는 누설전류 표시부;
    상기 전류에 대한 데이터에 기반하여 안정 범위를 벗어난 경우 알람경보를 통해 위험 경보를 발생시키는 위험 경보부;
    상기 위험 경보를 해제시키는 경보 해제부를 포함하는 시스템.
KR1020200092639A 2019-09-19 2020-07-24 에너지저장장치의 누설전류 및 절연감시 진단 모니터링 시스템 및 방법 KR20210033883A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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