KR20210036188A - 고조파 측정 장치 및 그것의 제어 방법 - Google Patents

고조파 측정 장치 및 그것의 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210036188A
KR20210036188A KR1020190118338A KR20190118338A KR20210036188A KR 20210036188 A KR20210036188 A KR 20210036188A KR 1020190118338 A KR1020190118338 A KR 1020190118338A KR 20190118338 A KR20190118338 A KR 20190118338A KR 20210036188 A KR20210036188 A KR 20210036188A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
harmonic
order
impedance
value
values
Prior art date
Application number
KR1020190118338A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102325030B1 (ko
Inventor
윤태영
이동열
김누리
Original Assignee
한국전력공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020190118338A priority Critical patent/KR102325030B1/ko
Publication of KR20210036188A publication Critical patent/KR20210036188A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102325030B1 publication Critical patent/KR102325030B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G01R23/20—Measurement of non-linear distortion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2513—Arrangements for monitoring electric power systems, e.g. power lines or loads; Logging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)

Abstract

본 발명은 변전소에서 송전계통에 유입되는 고조파 전류를 측정할 수 있는 고조파 측정 장치 및 그것의 제어 방법에 관한 것이다. 상기 고조파 측정 장치는, 변전소 내에 설치되어 전류 및 전압 중 적어도 하나를 센싱하는 센서로부터 센싱 신호를 수신하는 통신부; 상기 통신부를 통해 수신된 센싱 신호를 주파수에 근거하여 복수의 고조파 값들로 분리하며, 각 고조파 값에는 고유의 차수가 설정되는 것을 특징으로 하는 신호처리부; 및 상기 신호처리부로부터 출력된 상기 고조파 값들을 이용하여 차수별 고조파 인피던스를 산출하고, 차수별 고조파 인피던스 및 상기 변전소에 설정된 계약용량에 근거하여 차수별 고조파 전류 허용값을 산출하며, 차수별로 고조파 값과 고조파 전류 허용값을 비교한 결과 고조파 전류 허용값을 초과하는 고조파 값이 적어도 하나 있는 경우, 알림 정보가 출력되도록 상기 통신부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

고조파 측정 장치 및 그것의 제어 방법{HARMONIC MEASURING DEVICE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 변전소에서 송전계통에 유입되는 고조파 전류를 측정할 수 있는 고조파 측정 장치 및 그것의 제어 방법에 관한 것이다.
전력 시스템의 공학적인 측면과 효율적인 전력 수급 계획의 측면에 있어 전력 품질은 중요한 역할을 수행하고 있으며, 전력 시장의 경쟁화 정책의 추진에 따라 그 중요성이 점차 증대되고 있다.
전력 시스템에서 낮은 품질의 전력 공급은 효율적인 전력공급 방해 및 수용가 부하 손상 등의 영향 때문에 전력 품질에 대한 중요성은 점점 커지고 있다.
전력 품질을 측정하는 대표적인 방법으로는 파형의 전고조파 함유율인 종합 왜형률(THD;Total Harmonic Distortion)을 활용한다. 상기 종합 왜형률은 일반적으로 기본파의 RMS(Root Mean Square) 값에 대한 전체 고조파의 RMS 값의 합의 비로서 나타낸다.
고객의 전력전자 장비와 같은 비선형 부하에 의하여 발생하는 고조파 전류가 전력계통에 유입되어 고조파 전압을 발생시킨다. 이러한 고조파에 의하여 설비 과열로 인한 절연 열화, 역률저하로 인한 효율저하, 계전기 오동작 등의 경제적 손실이 발생된다. 이러한 손실을 예방하기 위하여 송전계통에서 공급하는 고조파 전압을 유지범위 내로 운영되어야 하며, 이를 위해서 송전계통에 유입되는 고조파 전류를 제한하여야 한다.
일반적으로, 정상적인 전력운전상태에서 각 전력설비단의 전압크기를 일정하게 유지하려는 전력시스템의 능력을 전압안정도라 한다. 이때 전력계통의 전압안정도는 각 전력설비단의 선로조류의 증가, 부하의 편중, 무효전력공급원의 부족 등과 밀접한 관계를 가진다. 특히 전력시스템에 있어서, 비정상적인 전압의 출현 및 전력설비단의 전압저하는 전체 전력시스템의 정전에 이르는 아주 심각한 문제를 야기시키고 있다. 따라서, 전력에너지를 안정적인 운용은 전력계통의 고조파를 정확하게 측정 및 분석하는 것과 직결되어 있는 것이다.
종래에는 전력설비단에 설치된 다수의 측정장치와 전력계통을 관리, 감시하는 관리자 단말기를 전용 유선망으로 연결하여 상기 전력설비단의 고조파를 계측하고 분석하여 전력에너지를 안정적인 운용하였다. 일 예로, 현장(변전소)에 고조파 측정장비를 설치하여 1주일간 측정을 시행하여 기준치와 비교 분석을 하는 방식이 이용되고 있다. 1주일간 측정한 방대한 데이터(약 20만개 이상) 중에서 개별적으로 최대값을 확인·분석하다보니 장시간이 소요되며, 부정확한 경우가 있어 업무의 신뢰성이 낮은 상황이다.
본 발명의 일 목적은 사용자가 변전소에 가지 않아도 변전소에 설치된 설비를 이용하여 1년 내내 실시간으로 고조파를 확인하고 관리할 수 있는 고조파 측정 장치 및 그것의 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면 고조파 측정 장치 및 그것의 제어 방법이 제공된다. 상기 제어 방법은 메모리 및 프로세서를 구비하는 컴퓨팅 장치에 의하여 수행될 수 있다.
상기 고조파 측정 장치는, 변전소 내에 설치되어 전류 및 전압 중 적어도 하나를 센싱하는 센서로부터 센싱 신호를 수신하는 통신부; 상기 통신부를 통해 수신된 센싱 신호를 주파수에 근거하여 복수의 고조파 값들로 분리하며, 각 고조파 값에는 고유의 차수가 설정되는 것을 특징으로 하는 신호처리부; 및 상기 신호처리부로부터 출력된 상기 고조파 값들을 이용하여 차수별 고조파 인피던스를 산출하고, 차수별 고조파 인피던스 및 상기 변전소에 설정된 계약용량에 근거하여 차수별 고조파 전류 허용값을 산출하며, 차수별로 고조파 값과 고조파 전류 허용값을 비교한 결과 고조파 전류 허용값을 초과하는 고조파 값이 적어도 하나 있는 경우, 알림 정보가 출력되도록 상기 통신부를 제어하는 제어부를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, n초 마다 상기 n초 동안 수신된 센싱 신호를 이용하여 차수별 고조파 인피던스를 계산하며, n은 자연수일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 n초 동안 수신된 센싱 신호 중에서 일부를 필터링하고, 필터링된 일부를 이용하여 차수별 고조파 인피던스를 계산할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 고조파 합성 지수를 이용하여 차수별 고조파 전류 허용값을 산출하며, 상기 고조파 합성 지수는 차수에 따라 가변될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 차수별 고조파 인피던스를 이용하여 임피던스 맵을 생성해 메모리에 저장할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 신호처리부는, 상기 센싱 신호를 기본파, 2차 내지 50차 고조파 값들로 분리해 상기 복수의 고조파 값들을 출력할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 통신부는 상기 알림 정보를 기설정된 서버로 전송할 수 있다.
상기 제어 방법은, 변전소 내에 설치되어 전류 및 전압 중 적어도 하나를 센싱하는 센서로부터 센싱 신호를 수신하는 단계; 상기 통신부를 통해 수신된 센싱 신호를 주파수에 근거하여 복수의 고조파 값들로 분리하며, 각 고조파 값에는 고유의 차수가 설정되는 것을 특징으로 하는 단계; 상기 신호처리부로부터 출력된 상기 고조파 값들을 이용하여 차수별 고조파 인피던스를 산출하는 단계; 상기 차수별 고조파 인피던스 및 상기 변전소에 설정된 계약용량에 근거하여차수별 고조파 전류 허용값을 산출하는 단계; 및 차수별로 고조파 값과 고조파 전류 허용값을 비교한 결과 고조파 전류 허용값을 초과하는 고조파 값이 적어도 하나 있는 경우, 알림 정보를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 차수별 고조파 인피던스를 산출하는 단계는, n초 마다 상기 n초 동안 수신된 센싱 신호를 이용하여 차수별 고조파 인피던스를 계산하며, n은 자연수일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 차수별 고조파 인피던스를 산출하는 단계는, 상기 n초 동안 수신된 센싱 신호 중에서 일부를 필터링하는 단계; 및 상기 필터링된 일부를 이용하여 차수별 고조파 인피던스를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 차수별 고조파 전류 허용값을 산출하는 단계는, 고조파 합성 지수를 이용하여 상기 차수별 고조파 전류 허용값을 산출하며, 상기 고조파 합성 지수는 차수에 따라 가변될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어 방법은, 차수별 고조파 인피던스를 이용하여 임피던스 맵을 생성해 메모리에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 고조파 값들로 분리하는 단계는, 상기 센싱 신호를 기본파, 2차 내지 50차 고조파 값들로 분리해 상기 복수의 고조파 값들을 출력할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어 방법은, 상기 알림 정보를 기설정된 서버로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 해결수단을 통해 얻게 되는 본 발명의 효과는 다음과 같다.
본 발명에서는 고조파 측정 및 관리과정이 자동화되기 때문에 송전계통의 전기품질을 효율적으로 측정·관리될 수 있다.
변전소에 설치된 계측장비(CT,PT)를 이용하기 때문에, 비용이 절감된다. 나아가, 고조파 임피던스를 산출해 분석에 활용하기 때문에 계산하여 계통상황을 고려한 고조파 유출 전류 분석의 정확성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고조파 측정 장치를 설명하기 위한 블록도
도 2는 송전계통 고조파 진압 계획레벨(GhHV)를 나타내는 도면
도 3은 고조파 합성 지수의 일 예를 나타내는 도면
도 4는 센서를 포함하는 고조파 측정 장치를 설명하기 위한 블록도
도 5는 주파수 임피던스가 계산되는 과정을 설명하기 위한 도면
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고조파 측정 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 해 의한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 설명되는 컴퓨팅 장치는 이동 단말기 및 고정 단말기 중 적어도 하나에 해당할 수 있다. 이동 단말기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook) 등이 포함될 수 있다. 고정 단말기에는 데스크탑 컴퓨터, 서버 등이 포함될 수 있다.
본 발명은 변전소 내 기 설치된 변류기(CT)와 계기용 변성기(PT)를 이용하여 고조파를 측정하고 계통에 연계된 수용가의 고조파 유출량을 계통 허용치와 자동 검토·비교하여 그 결과를 통신포트를 이용하여 외부 서버에 저장하고 고조파 유출 위반시 외부 시스템(예를 들어, SCADA시스템)으로 알려주어 계통운영자가 계통의 고조파를 효율적으로 관리하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 변전소 내 전력장치를 이용하여 계통의 고조파 유출량을 자동으로 산출하고 수용가의 고조파 유출 허용 기준값과 실측값의 비교·검토하는 제1특징과 전류값 및 전압값 실측을 통한 고조파 임피던스를 계산하고 임피던스 맵을 작성하는 제2특징을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고조파 측정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
상기 고조파 측정 장치(100)는 통신부(130), 신호처리부(150) 그리고 제어부(170)를 포함한다.
통신부(130)는 고조파 측정 장치(100)에 연결되는 모든 외부 기기와의 통로 역할을 한다. 통신부(130)는 고조파 측정 장치(100)와 센서(110) 사이 또는 고조파 측정 장치(100)와 센서(110)가 위치한 네트워크 사이의 유무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신부(130)는 이동통신 모듈, 무선 인터넷 모듈, 근거리 통신 모듈, 유선 통신 모듈 및 위치정보 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
통신부(130)는 변전소 내에 설치되어 전류 및 전압 중 적어도 하나를 센싱하는 센서로부터 센싱 신호를 수신한다. 상기 센서는 전류를 측정하는 변류기(CT)와 전압을 측정하는 변성기(PT) 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 신호처리부(150)는 상기 통신부(130)를 통해 수신된 센싱 신호를 주파수에 근거하여 복수의 고조파 값들로 분리한다. 보다 구체적으로, 상기 신호처리부(150)는 센싱 신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 하여 기본파에 함유된 2차 내지 50차 고조파 값으로 분리하다. 각 고조파 값에는 고유의 차수가 설정될 수 있다. 예를 들어, 하나의 센싱 신호로부터 기본파, 2차 고조파 내지 50차 고조파가 분리되고, 각 고조파 값들이 제어부(170)로 전달될 수 있다.
상기 신호처리부(150)는 상기 센싱 신호를 기본파, 2차 내지 50차 고조파 값들로 분리해 상기 복수의 고조파 값들을 출력할 수 있다. 상기 신호처리부(150)는 하나의 센싱 신호로부터 총 50개의 고조파 값들을 분리할 수 있다. 예를 들어, 1/60초에 하나의 사이클이 이루어지고, 사이클마다 하나의 센싱 신호가 수신될 수 있다. 이경우, 1초 동안 총 60개의 센싱 신호들이 수신되고, 총 3000개의 고조파 값들이 신호처리부를 통해 출력될 수 있다. 하나의 센싱 신호에는 변류기로부터 전송되는 전류 센싱 신호와 변성기로부터 전송되는 전압 센싱 신호가 포함될 수 있다.
제어부(170)는 통상적으로 고조파 측정 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(170)는 프로세서일 수 있다.
상기 제어부(170)는 상기 신호처리부로부터 출력된 상기 고조파 값들을 이용하여 차수별 고조파 인피던스를 산출할 수 있다. 예를 들어, 하나의 센싱 신호로부터 총 50개의 고조파 값들이 분리되는 경우, 각 고조파 값에 대응하는 고조파 인피던스가 총 50개 생성될 수 있다.
상기 제어부(170)는 차수별 고조파 인피던스 및 상기 변전소에 설정된 계약용량에 근거하여 차수별 고조파 전류 허용값을 산출한다.
상기 제어부(170)는 차수별 고조파 인피던스를 산출한다. h차 고조파 임피던스는 Zh,φ로 표현할 수 있다.
나아가, 상기 제어부(170)는 상기 변전소에 근거하여 [수학식 1]에 따른 계약용량을 산출한다.
Figure pat00001
여기서, GhHV는 고압 또는 초고압 계통에서 h차 고조파의 계획 레벨[%]을 의미한다. 도 2는 송전계통 고조파 진압 계획레벨(GhHV)를 도시하고 있다.
Si는 i 고객의 정격용량[MVA]이고, St는 공통 접속점(PCC)에서 계통 전체의 가용 전력을 의미한다. St는 변전소 형태에 따라 가변될 수 있다. HVDC나 SVC는 고조파를 발생시키는 설비이므로 고조파 측정 변전소에 HVDC나 SVC가 연계되어 있는 경우 아래의 [수학식 2]처럼 두 설비의 영향을 고려할 수 있다.
Figure pat00002
α는 고조파 합성 지수를 의미하며, 고조파 차수에 따라 가변된다. 예를 들어, 고조파 합성 지수는 도 3의 값을 가질 수 있다.
상기 제어부(170)는 고조파 합성 지수를 이용하여 차수별 고주파 전류 허용값을 산출하며, 상기 고조파 합성 지수는 차수에 따라 가변된다.
나아가, 상기 제어부(170)는 [수학식 2]를 이용하여 차수별 고조파 전류 허용값을 산출한다.
Figure pat00003
여기서, EIhi는 i 고객에 대한 h차수의 고조파 전류 허용값을 의미한다. V는 선간 정격전압[kV]이고, Zh,φ는 h차 고조파 임피던스를 의미한다.
상기 제어부(170)는 차수별로 고조파 값과 고조파 전류 허용값을 비교한 결과 고조파 전류 허용값을 초과하는 고조파 값이 적어도 하나 있는 경우, 알림 정보가 출력되도록 상기 통신부(130)를 제어할 수 있다. 상기 제어부(170)는 상기 통신부(130)를 통해 상기 알림 정보를 기설정된 서버로 전송할 수 있다.
도면에 도시되지 않았으나, 고조파 측정 장치(100)는 출력부를 더 포함할 수 있다. 출력부는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 디스플레이부, 음향 출력 모듈, 알람부 및 햅틱 모듈 등이 포함될 수 있다. 상기 알림정보는 상기 출력부를 통해 시각적, 청각적 및 촉각적 방식 중 적어도 하나의 방식으로 출력될 수 있다.
상기 제어부(170)는 차수별 고주파 인피던스를 이용하여 임피던스 맵을 생성해 메모리에 저장할 수 있다. 이렇게 계산된 계통 고조파 임피던스는 고객의 고조파 유출 허용기준에도 이용이 되지만, 각 차수별 임피던스를 이용하여 임피던스 맵을 만든 후, 서버로 전송되어 계통의 임피던스맵 데이터를 구축한다. 계통 검토자는 이를 기반으로 특정차수의 고조파에 대하여 분석하며, 고조파 필터를 설치하여 고조파를 저감 계획을 수립하는 등 계통운영에 이용할 수 있다.
상기 고조파 측정 장치(100)는 메모리를 더 포함할 수 있다. 메모리는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory), 자기 메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 고조파 측정 장치(100)는 인터넷(internet)상에서 상기 메모리의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작될 수도 있다.
하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시 예는 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시 예들은 제어부(170) 자체로 구현될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시 예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다.
소프트웨어 코드는 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 애플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부(170)에 의해 실행될 수 있다.
계통에는 수많은 조상설비로 직병렬 공진점이 존재하며, 이로 인하여 고조파 임피던스가 주파수에 따라 선형화되지 않는다. 또한 이들의 운영 상황에 따라 고조파 임피던스의 크기는 달라진다. 고조파 임피던스를 계산하는 방법은 복잡하고 어려운 방법으로 부하와 계통 상태에 따라 임피던스 값은 계속 변화하므로 기존의 방법 고조파 검토 방법에서는 고조파 임피던스를 단순히 주파수 비례법(r+j·h·x)를 적용하여 게통의 리액턴스 값이 주파수에 따라 기본파에 비례한다고 가정한다. 이러한 방법은 계통의 직·병렬 공진 효과 등 고조파 임피던스의 비선형성을 무시한다.
본 특허에서는 설비에 설치된 변류기(CT)와 계기용 변성기(PT)에서 실시간으로 측정된 전압과 전류를 기본파와 50차의 고조파까지 분류하여 이를 기반으로 각 차수별 임피던스를 계산함으로써 계통변경 상황과 부하 수준 등이 전압과 전류요소에 자동적 포함되어 차수별 고조파 임피던스의 정확도가 개선된다.
도 4는 센서를 포함하는 고조파 측정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고조파 측정 장치(100)는 센서, 아날로그 디지털 변환기(A/D) 그리고 디지털 신호 처리장치(또는, 신호처리부)를 포함하는 계측부, 제어부 그리고 출력부로 이루어질 수 있다. 이경우, 상기 고조파 측정 장치(100)는 각 구성요소가 물리적으로 분리되어 동작하는 시스템으로 이루어질 수 있다.
상기 고조파 측정 장치(100)는 변전소 내의 각 전력설비에 설치된 다수의 측정장비(CT, PT)를 이용하여 전력계통의 고조파를 계산하고 분석할 수 있는 고조파 측정 및 관리 시스템으로 이루어질 수 있다. 상기 고조파 측정 장치(100)는 전력에너지 운용을 관리, 감시하는 것을 특징으로 계측부와 연산부, 출력부로 구성되어있다.
센서(110)는 3상의 상전류와 3상의 선간 전압을 계측하여 이를 적당한 크기의 신호로 변환한다. 변환된 신호는 A/D 컨버터에서 측정값을 샘플링하여 디지털 신호로 변환하여 신호처리부(또는, 디지철 신호 처리 장치)로 보내준다. 디지털 신호처리 장치에서 샘플링된 전류와 전압신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 하여 기본파에 함유된 2~50차의 고조파값으로 분리한다. 디지털 신호 처리 장치에 의하여 생성된 고조파 전류/전압레벨은 연산부의 마이크로프로세서로 전송된다.
연산부는 마이크로프로세서와 메모리, 통신 모듈을 포함한다. 마이크로프로세서는 디지털 신호처리기의 신호를 수신하여 메모리에 저장하고 통신모듈을 통하여 변전소 외부장치인 SCADA시스템 또는 외부 서버에 전송한다. 추가적으로 현장에서 확인가능하도록 출력장치(디스플레이)를 추가할 수 있다.
도 5는 주파수 임피던스가 계산되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
상기 제어부(170)는 n초 마다 상기 n초 동안 수신된 센싱 신호를 이용하여 차수별 고주파 인피던스를 계산할 수 있다. 여기서 n은 자연수 이며, 예를 들어 3일 수 있다.
상기 제어부(170)는, 상기 n초 동안 수신된 센싱 신호 중에서 일부를 필터링하고, 필터링된 일부를 이용하여 차수별 고주파 인피던스를 계산할 수 있다.
일 예로, 1/60초에 하나의 사이클이 발생하는 경우, 3초 동안에는 180 사이클이 발생한다. 상기 제어부(170)는 180개의 센싱 신호들 중 하위 5%와 상위 5%를 제외한 나머지를 선택할 수 있다. 이경우, 총 162개의 센싱 신호들이 선택될 수 있다. 이는, 1회 계산마다 서지(surge) 등을 고려한 것으로, 순간적으로 튀는 값을 제외하기 위함이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고조파 측정 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름이다.
신규 수용가의 최초 공급시나 공급계약 변경시의 계약용량을 입력을 하면, 그 이후부터는 시스템에서 자동으로 계산하고 그 결과를 SCADA시스템으로 알려주어 계통운영자(한전)가 계통의 고조파 위반여부를 쉽게 확인할수 있어 계통의 고조파를 효율적으로 관리할 수 있다.
변전소 내의 설비에서 받아오는 값은 3가지 요소로 고객선로 전류계와 고객선로가 연계되어있는 모선의 전압계에서 계측되는 값과 고객선로의 차단기 동작(투입/개방) 상태이다.
고객선로의 차단기 동작상태값을 확인하여 차단기가 개방되어 있으면 수용가가 계통에 연계되어 있지 않은 상태이므로 고조파 검토를 수행하지 않는다. 이는 선로에 남아있는 잔류 전하 등에 의하여 잘못된 값을 계측하여 계통고조파의 이상 판정을 예방하기 위함이다.
차단기가 투입되어 있으면 다음 단계인 고객선로 전류계와 모선의 전압계에서 계측되는 값을 받아온다.
A/D 컨버터에서 받아온 다지털 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)를 이용하여 기본파와 2~50차의 고조파 성분의 전류와 전압으로 분류를 한다. 이렇게 50차까지 분류된 고조파 전류와 전압 신호를 이용하여 전압고조파왜형율과 수용가 고조파 전류 허용 기준 그리고 수용가의 고조파 전류 유출량을 계산한다.
전압고조파 왜형율을 계산하기 위하여 1차 내지 50차까지의 3초간의 고조파 전압 성분 중 상위 95%의 값을 추출하여 [수학식 4]를 계산한다.
Figure pat00004
이렇게 분석된 값은 서버에 저장되며 계산결과가 3%이상이 나오면 계통운영자에 알람을 준다.
나아가, 제어부는 수용가 고조파 전류 유출값을 1차 내지 50차까지의 3초간의 고조파 전류 성분 중 상위 95%의 값을 수용가의 고조파 전류 유출값으로 선택한다.
수용가 고조파 전류 유출 기준은 상술한 [수학식 3]에 의하여 산출된다. 계산에 필요한 고압 계통에서 h차 고조파의 계획레벨(
Figure pat00005
)와 변전소 구성 형태(
Figure pat00006
), 고객의 계약용량(
Figure pat00007
), 변전소에 연계된 HVDC와 SVC 용량(
Figure pat00008
,
Figure pat00009
)은 사전에 입력되어 있다.
본 발명에서는 전류값과 전압값을 실측하여, 계통의 고조파 임피던스를 계산하는데 적용한다. 고조파 발생설비 뿐만 아니라 고조파를 발생하지 않는 설비에서 사용하는 부하전류가 고조파 전압을 개선시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 실측 임피던스를 고조파 유출 제한값 산정에 사용함으로써 고객의 선형부하 사용으로 인한 고조파 왜곡 개선 효과가 있으며, 수용가의 고조파 유출 허용 기준을 제시할 수 있다.
본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기를 포함할 수도 있다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 고조파 측정 장치
110: 센서
130: 통신부
150: 신호처리부
170: 제어부

Claims (14)

  1. 변전소 내에 설치되어 전류 및 전압 중 적어도 하나를 센싱하는 센서로부터 센싱 신호를 수신하는 통신부;
    상기 통신부를 통해 수신된 센싱 신호를 주파수에 근거하여 복수의 고조파 값들로 분리하며, 각 고조파 값에는 고유의 차수가 설정되는 것을 특징으로 하는 신호처리부; 및
    상기 신호처리부로부터 출력된 상기 고조파 값들을 이용하여 차수별 고조파 인피던스를 산출하고, 차수별 고조파 인피던스 및 상기 변전소에 설정된 계약용량에 근거하여 차수별 고조파 전류 허용값을 산출하며, 차수별로 고조파 값과 고조파 전류 허용값을 비교한 결과 고조파 전류 허용값을 초과하는 고조파 값이 적어도 하나 있는 경우, 알림 정보가 출력되도록 상기 통신부를 제어하는 제어부를 포함하는 고조파 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    n초 마다 상기 n초 동안 수신된 센싱 신호를 이용하여 차수별 고조파 인피던스를 계산하며, n은 자연수인 것을 특징으로 하는 고조파 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 n초 동안 수신된 센싱 신호 중에서 일부를 필터링하고, 필터링된 일부를 이용하여 차수별 고조파 인피던스를 계산하는 것을 특징으로 하는 고조파 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    고조파 합성 지수를 이용하여 차수별 고조파 전류 허용값을 산출하며, 상기 고조파 합성 지수는 차수에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 고조파 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    차수별 고조파 인피던스를 이용하여 임피던스 맵을 생성해 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 고조파 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신호처리부는,
    상기 센싱 신호를 기본파, 2차 내지 50차 고조파 값들로 분리해 상기 복수의 고조파 값들을 출력하는 것을 특징으로 하는 고조파 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는 상기 알림 정보를 기설정된 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 고조파 측정 장치.
  8. 메모리 및 프로세서를 구비하는 컴퓨팅 장치에서 수행되는 제어 방법으로서,
    변전소 내에 설치되어 전류 및 전압 중 적어도 하나를 센싱하는 센서로부터 센싱 신호를 수신하는 단계;
    상기 통신부를 통해 수신된 센싱 신호를 주파수에 근거하여 복수의 고조파 값들로 분리하며, 각 고조파 값에는 고유의 차수가 설정되는 것을 특징으로 하는 단계;
    상기 신호처리부로부터 출력된 상기 고조파 값들을 이용하여 차수별 고조파 인피던스를 산출하는 단계;
    상기 차수별 고조파 인피던스 및 상기 변전소에 설정된 계약용량에 근거하여 차수별 고조파 전류 허용값을 산출하는 단계; 및
    차수별로 고조파 값과 고조파 전류 허용값을 비교한 결과 고조파 전류 허용값을 초과하는 고조파 값이 적어도 하나 있는 경우, 알림 정보를 출력하는 단계를 포함하는 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 차수별 고조파 인피던스를 산출하는 단계는,
    n초 마다 상기 n초 동안 수신된 센싱 신호를 이용하여 차수별 고조파 인피던스를 계산하며, n은 자연수인 것을 특징으로 하는 제어 방법..
  10. 제9항에 있어서,
    상기 차수별 고조파 인피던스를 산출하는 단계는,
    상기 n초 동안 수신된 센싱 신호 중에서 일부를 필터링하는 단계; 및
    상기 필터링된 일부를 이용하여 차수별 고조파 인피던스를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 차수별 고조파 전류 허용값을 산출하는 단계는,
    고조파 합성 지수를 이용하여 상기 차수별 고조파 전류 허용값을 산출하며, 상기 고조파 합성 지수는 차수에 따라 가변되는 것을 특징으로 제어 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    차수별 고조파 인피던스를 이용하여 임피던스 맵을 생성해 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 고조파 값들로 분리하는 단계는,
    상기 센싱 신호를 기본파, 2차 내지 50차 고조파 값들로 분리해 상기 복수의 고조파 값들을 출력하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 알림 정보를 기설정된 서버로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
KR1020190118338A 2019-09-25 2019-09-25 고조파 측정 장치 및 그것의 제어 방법 KR102325030B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190118338A KR102325030B1 (ko) 2019-09-25 2019-09-25 고조파 측정 장치 및 그것의 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190118338A KR102325030B1 (ko) 2019-09-25 2019-09-25 고조파 측정 장치 및 그것의 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210036188A true KR20210036188A (ko) 2021-04-02
KR102325030B1 KR102325030B1 (ko) 2021-11-12

Family

ID=75466649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190118338A KR102325030B1 (ko) 2019-09-25 2019-09-25 고조파 측정 장치 및 그것의 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102325030B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114325107A (zh) * 2021-12-10 2022-04-12 国网西藏电力有限公司电力科学研究院 一种谐波阻抗计算结果准确性判断方法
CN116223905A (zh) * 2022-12-14 2023-06-06 广州汇电云联互联网科技有限公司 谐波频率检测系统、方法、装置及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09163606A (ja) * 1995-12-07 1997-06-20 Hitachi Ltd 受配電設備
JPH09189729A (ja) * 1996-01-09 1997-07-22 Nissin Electric Co Ltd 配電系統の高調波インピーダンス測定方法
KR20110079168A (ko) * 2009-12-31 2011-07-07 한국전력공사 고조파 전류 방출 제한값 산출 장치 및 방법
KR20120022269A (ko) * 2010-09-01 2012-03-12 한국전력공사 송전계통 고조파 방출 한계 평가 시스템 및 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09163606A (ja) * 1995-12-07 1997-06-20 Hitachi Ltd 受配電設備
JPH09189729A (ja) * 1996-01-09 1997-07-22 Nissin Electric Co Ltd 配電系統の高調波インピーダンス測定方法
KR20110079168A (ko) * 2009-12-31 2011-07-07 한국전력공사 고조파 전류 방출 제한값 산출 장치 및 방법
KR20120022269A (ko) * 2010-09-01 2012-03-12 한국전력공사 송전계통 고조파 방출 한계 평가 시스템 및 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114325107A (zh) * 2021-12-10 2022-04-12 国网西藏电力有限公司电力科学研究院 一种谐波阻抗计算结果准确性判断方法
CN116223905A (zh) * 2022-12-14 2023-06-06 广州汇电云联互联网科技有限公司 谐波频率检测系统、方法、装置及存储介质
CN116223905B (zh) * 2022-12-14 2023-12-08 广州市均能科技有限公司 谐波频率检测系统、方法、装置及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
KR102325030B1 (ko) 2021-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9292794B2 (en) Voltage-based clustering to infer connectivity information in smart grids
US20160139212A1 (en) Methods and systems for power restoration planning employing simulation and transient test analysis
WO2015027484A1 (en) System, method and apparatuses for distribution network reconfiguration and a tangible computer readable medium
KR102325030B1 (ko) 고조파 측정 장치 및 그것의 제어 방법
Song et al. Detection method for single-pole-grounded faulty feeder based on parameter identification in MVDC distribution grids
CN104931775A (zh) 一种具有电能质量分析功能的网络多功能三相电能表
CN103616574A (zh) 一种电动汽车储能并网逆变器防孤岛检测系统及检测方法
CN203396866U (zh) 一种电动汽车储能并网逆变器防孤岛检测系统
KR100313830B1 (ko) 전력 품질 측정 장치 및 방법
KR20210045870A (ko) 전력량계 검침 장치 및 그것의 검침 방법
Kolyanga et al. Design and implementation of a low cost distribution transformer monitoring system for remote electric power grids
WO2021124614A1 (ja) 再生可能エネルギー系統安定化システム及び系統安定化支援方法
CN112379176B (zh) 一种变压器损耗获取系统及方法
CN113740760B (zh) 用于对交流电源进行快速故障检测的方法和装置
JP7053403B2 (ja) 系統運用支援装置
Ezer et al. Active voltage correction for industrial plants
JP2021100325A5 (ko)
Makram et al. Contingency analysis using synchrophasor measurements
CN111884178A (zh) 一种主动配电网单相断线故障保护方法及系统
Cardet Analysis on voltage stability indices
KR20210041940A (ko) 루프운전 판단장치 및 그것의 제어 방법
Rasmussen Impact of leading power factor on data center generator systems
Sonwane et al. Distribution System Reliability: An Overview
CN212379553U (zh) 一种基于电能表rs485接口的回路状态监测与负荷数据录存装置
CN210720605U (zh) 一种电能质量在线监测装置

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E90F Notification of reason for final refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)