KR20210063505A

KR20210063505A - 직류배전망에서 전력품질 계측을 위한 장치 및 이를 위한 방법

Info

Publication number: KR20210063505A
Application number: KR1020190151155A
Authority: KR
Inventors: 차대석; 오승열; 최정식
Original assignee: 한국전자기술연구원
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2021-06-02
Also published as: KR102300326B1

Abstract

본 발명의 직류배전망의 전력품질 계측을 위한 장치는 통신을 위한 통신부와, 데이터를 저장하기 위한 강유전체메모리와, 직류배전망의 전력변환기에 입력 혹은 출력되는 전류 및 전압을 측정하는 복수의 측정부와, 상기 전류 및 전압의 측정값을 상기 강유전체메모리에 저장하는 아날로그제어부와, 상기 강유전체메모리에 저장된 상기 측정값을 상기 통신부를 통해 통제서버로 전송하는 디지털제어부를 포함한다.

Description

직류배전망에서 전력품질 계측을 위한 장치 및 이를 위한 방법{Apparatus for measuring power quality of DC distribution network and method therefor}

본 발명은 전력품질 계측 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저전압직류(LVDC: Low Voltage Direct Current)배전망 혹은 직류배전망에서 전력품질 계측을 위한 장치 및 이를 위한 방법에 관한 것이다.

저전압직류(LVDC: Low Voltage Direct Current) 배전망은 직류 형태의 전압으로 구성되며, 교류에 비해 같은 전압을 사용할 때 동일한 선로로 더 많은 전력을 송배전할 수 있다. 또한, 신재생 에너지 및 분산 전원의 연계가 교류(AC: Alternating Current) 배전망에 비해 전력변환장치의 변환 단계를 줄일 수 있어 시스템 효율이 높은 장점을 가지고 있다.

한편, 신재생 에너지에서 에너지를 저장하기 위해 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)이 도입되고 있다. 에너지 저장은 장치 혹은 물리적 매체를 이용하여 에너지를 저장하는 것을 말한다. 이에 쓰이는 장치를 축압기라고 하고, 더 넓은 범위의 시스템 전체를 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)이라고 한다. 일반 가정에서 사용하는 건전지나 전자제품에 사용하는 소형 배터리도 전기에너지를 다른 에너지 형태로 변환하여 저장할 수 있지만 이런 소규모 전력저장장치를 ESS라고 말하지는 않고, 일반적으로 수 kWh 이상의 전력을 저장하는 단독 시스템을 ESS라고 한다. ESS는 전력계통에서 발전, 송배전, 수용가에 설치되어 운영이 가능하며, 주파수 조정(Frequency Regulation), 신재생발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하평준화(Load Leveling), 비상전원 등의 기능으로 사용된다. ESS는 전기에너지를 적게 사용할 때 저장하고 필요할 때 공급함으로써 에너지 이용효율 향상, 신재생에너지 활용도 제고 및 전력공급시스템 안정화에 기여할 수 있다.

한국등록특허 제1883603호 2018년 07월 24일 등록 (명칭: 전력 품질을 분석하는 방법 및 장치)

본 발명의 목적은 직류배전망에 연계된 분산전원 및 부하 등에 대한 전력의 품질과 사고 상태, 사고 지점 및 시점을 파악할 수 있는 직류배전망에서 전력품질 계측을 위한 장치 및 이를 위한 방법을 제공함에 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류배전망의 전력품질 계측을 위한 장치는 통신을 위한 통신부와, 데이터를 저장하기 위한 강유전체메모리와, 직류배전망의 전력변환기에 입력 혹은 출력되는 전류 및 전압을 측정하는 복수의 측정부와, 상기 전류 및 전압의 측정값을 상기 강유전체메모리에 저장하는 아날로그제어부와, 상기 강유전체메모리에 저장된 상기 측정값을 상기 통신부를 통해 통제서버로 전송하는 디지털제어부를 포함한다.

상기 장치는 시간 정보를 제공하는 시계부와, 위치 정보를 제공하는 위치신호수신부를 더 포함하며, 상기 아날로그제어부는 상기 전류 및 전압의 측정값에 따라 사고가 발생한 것을 확인하면, 상기 시계부로부터 제공되는 시간 정보에 따라 사고 시간을 도출하고, 상기 사고 시간 및 상기 측정값을 포함하는 사고 데이터를 저장하며, 상기 디지털제어부는 상기 강유전체메모리로부터 상기 사고 데이터를 추출한 후, 상기 통신부를 통해 상기 통제서버로 상기 위치신호수신부가 제공하는 위치 정보를 통해 도출된 사고 지점과 상기 추출된 사고 데이터를 전송하는 것을 특징으로 한다.

상기 디지털제어부는 상기 아날로그제어부가 측정값을 저장할 때, 상기 강유전체메모리의 저장 용량이 부족하지 않도록 상기 통신부를 통해 상기 통제서버로 상기 강유전체메모리에 저장된 측정값을 전송한 후, 전송된 측정값을 상기 강유전체메모리에서 삭제하는 것을 특징으로 한다.

상기 측정부는 절연 증폭기를 통해 전압을 계측하는 전압센서와, 플럭스게이트 형태의 홀센서를 통해 전류를 계측하는 전류센서와, 상기 전압센서의 구동 전압 및 상기 전류센서의 구동 전압을 생성하는 플라이백컨버터를 포함한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류배전망의 전력품질 계측을 위한 방법은 복수의 측정부가 직류배전망의 전력변환기에 입력 혹은 출력되는 전류 및 전압을 측정하여 상기 전류 및 전압의 측정값을 출력하는 단계와, 디지털컨버터가 아날로그값인 상기 측정값을 디지털값으로 변환하는 단계와, 아날로그제어부가 상기 측정값을 통해 사고 여부를 판단하는 단계와, 상기 판단 결과, 사고가 발생하지 않은 경우, 아날로그제어부가 상기 디지털값으로 변환된 측정값을 강유전체메모리에 저장하는 단계와, 디지털제어부가 통제서버로 통신부를 통해 상기 강유전체메모리에 저장된 측정값을 전송하는 단계를 포함한다.

상기 측정값을 통해 사고 여부를 판단하는 단계 후, 상기 판단 결과, 사고가 발생하지 않은 경우, 상기 아날로그제어부가 시계부로부터 시간 정보를 수신하여 사고 시간을 도출하는 단계와, 상기 아날로그제어부가 상기 측정값과 상기 사고 시간을 포함하는 사고 데이터를 상기 강유전체메모리에 저장하는 단계와, 상기 디지털제어부가 상기 강유전체메모리로부터 사고 데이터를 추출하는 단계와, 상기 디지털제어부가 위치신호수신부로부터 위치 정보를 추출하여 사고 지점을 특정하는 단계와, 상기 디지털제어부가 상기 통신부를 통해 상기 통제서버로 상기 사고 지점 및 상기 사고 데이터를 전송하는 단계를 더 포함한다.

상기 강유전체메모리에 저장된 측정값을 전송하는 단계 후, 상기 디지털제어부가 상기 전송된 측정값을 상기 강유전체메모리에서 삭제하는 단계를 포함한다.

상기 전류 및 전압의 측정값을 출력하는 단계 전, 교정기기가 상기 측정부의 전압센서의 0V의 오프셋 및 전류센서의 0A의 오프셋을 교정하는 단계와, 상기 교정기기가 상기 디지털컨버터의 300V 및 600V 전압에서의 오프셋을 교정하는 단계와, 상기 교정기기가 상기 디지털컨버터의 0A 및 5A에서의 오프셋을 교정하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 직류 전력 품질 감시뿐만 아니라 계통의 사고 검출과 파형 기록 기능이 가능하고, GPS 인터페이스를 통해 사고 지점을 검출함으로써 사고 확산을 줄일 수 있다. 본 발명에 따르면, GPS 신호를 통해 사고 확산 지점을 분석하여 직류 배전망의 분산전원 장치 및 부하 등에 대한 사고 시점을 파악할 수 있다. 더욱이, 본 발명은 사고의 전압레벨, 전류레벨, 품질상태, 발생시간 및 지속 시간을 검출할 수 있고, 시간 정보와 함께 지속적으로 기록함으로써 파형을 기록할 수 있다. 또한, 통신을 통해 통제서버(통제실)에서 해당 데이터를 분석하여 직류 배전망의 유지보수비용 및 운영비를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직류배전망 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력품질측정기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력품질측정기의 측정부의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 교정(calibration) 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 직류배전망의 전력품질 계측을 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 저전압직류(LVDC: Low Voltage Direct Current) 배전망 혹은 직류(DC: Direct Current) 배전망에 대해서 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직류배전망 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 직류 배전망 시스템(이하, 배전망시스템으로 축약함)은 발전기(10), 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System, 20) 및 부하(30)를 포함한다. 특히, 배전망 시스템은 복수의 전력변환기(PCS: Power Conditioning System/DCDC converter 100) 및 복수의 전력변환기(100) 각각의 입력 및 출력에 연결된 복수의 전력품질측정기(200)를 더 포함한다. 즉, 전력품질측정기(200)는 전력변환기(100)의 입력 및 출력단 사이에 위치하여 설치된다.

발전기(10)는 광기전 효과(photovoltaic effect)를 이용하여, 태양으로부터 오는 빛을 전기 에너지로 바꾸어 주는 태양광 발전, 태양광에 의한 빛의 열에너지를 이용하여 발전하는 태양열발전 중 어느 하나의 발전 방식을 통해 전력을 생산한다. 발전기(10)는 기본적으로, 생산된 전력, 즉, 발전 전력을 부하(30)에 제공한다. 하지만, 이러한 발전기(10)의 전력 생산량은 일기에 따라 편차가 심하며 조절할 수 있는 것이 아니다. 따라서 발전기(10)는 부하(30)의 용량에 비해 과잉 생산된 전력을 에너지저장장치(20)에 제공하여 저장하도록 한다.

에너지저장장치(20)는 발전기(10)의 발전 전력을 저장하기 위한 것이다. 특히, 에너지저장장치(20)는 발전기(10)가 부하(30)의 용량에 비해 전력을 과잉 생산한 경우, 그 과잉 생산된 발전 전력을 저장할 수 있다. 또한, 에너지저장장치(20)는 부하(30)의 전력이 요구될 때 저장된 전력을 부하(30)에 제공한다.

전력변환기(100)는 출력측 장치의 동작 가능한 전압 범위에 맞춰 입력 전압을 강압 혹은 승압시켜 출력 전압을 생성하여 출력한다. 예컨대, 발전기(10)가 생산한 전력이 입력되는 경우, 에너지저장장치(20) 혹은 부하(30)의 동작 가능한 전압 범위에 맞춰 그 전력의 전압을 강압하여 출력한다.

이때, 전력품질측정기(DC PQM, 200)는 전력변환기(100)의 입력 및 출력단에 연결되어 전력변환기(100)로 입력 혹은 출력되는 전압 및 전류를 측정한다. 특히, 전력품질측정기(DC PQM, 200)는 전압 및 전류를 측정하여 저전압, 과전압, 과전류, 순간정전, 정전 등의 전력 품질을 판단할 수 있다. 전력품질측정기(DC PQM, 200)는 고속 샘플링을 기반으로 고정밀 계측을 수행하며, GPS 위상 동기를 이용하여 사고 지점 및 사고 확산 지점을 분석할 수 있다.

그러면, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 전력품질측정기(200)의 세부적인 구성에 대해서 보다 상세하게 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력품질측정기의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력품질측정기의 측정부의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 전력품질측정기(DC PQM: Direct Current Power Quality Measurement, 200)는 복수의 측정부(300), 센서인터페이스회로(S/C: Sensor interface circuitry, 301), 디지털컨버터(ADC: Analog to Digital Converter, 302), 아날로그제어부(Analog MCU: Micro Control Unit, 230), 시계부(Real Time Clock, 210), 강유전체메모리(FRAM: Ferroelectric Random Access Memory, 220), 위치신호수신부(GPS signal receiver, 240), 입력부(250), 표시부(260), 통신부(270) 및 디지털제어부(Digital MCU: Micro Control Unit, 290)를 포함한다.

측정부(300)는 전력변환기(100)에 입력 혹은 출력되는 전압과 전류를 측정하여 그 측정값을 출력한다. 도 3을 참조하면, 측정부(300)는 전류센서(310), 전압센서(320) 및 플라이백컨버터(Flyback converter, 절연형 SMPS: Switching Multi Power Supply, 330)를 포함한다. 전압센서(310) 및 전류센서(320)는 하나의 모듈, 즉, 측정부(300)로 구성된다. 그럼에도 불구하고, 전력변환기(100)가 입력과 출력이 절연된 형태로 구성된 제품을 고려하여 하나의 모듈인 측정부(300) 내에서 전압센서(310) 및 전류센서(320)는 입력과 출력이 독립된 형태로 구성된다. 전압센서(310)는 절연 증폭기를 통해 0 내지 1000V 전압 범위를 계측한다. 전류센서(320)는 플럭스게이트(Flux Gate) 형태의 홀센서(관통형)를 통해 -900A 내지 +900A 전류를 계측한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 측정부(300)는 계측 위치(m), 즉, 전력변환기(100)의 입력단 혹은 출력단에 설치하여 전압을 계측하는 동시에 플라이백컨버터(330)를 통해 전압센서(310)의 구동 전압(예컨대, 3.3V)과 전류센서(320)의 구동 전압(±15)을 생성한다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 측정부(300)는 단일 모듈로 구성되어 전력변환기(100)의 입력 및 출력이 절연 형태로 구성되는 것과, 확장성을 고려하여 복수의 채널을 계측할 수 있는 구조로 형성된다.

복수의 측정부(300)가 측정한 전력변환기(100)의 전류 및 전압의 측정값은 센서인터페이스회로(S/C, 301)를 통해 디지털컨버터(302)에 제공된다. 특히, 복수의 측정부(300)는 디지털컨버터(302)를 통해 복수개의 확장 슬롯 형태로 연계될 수 있다.

디지털컨버터(302)는 16bit Sigma-Delta Analog-to Digital Converter가 될 수 있다. 측정부(300)로부터 출력된 전압 및 전류의 측정값은 아날로그값이며, 디지털컨버터(302)는 아날로그값인 측정값을 디지털값으로 변환한 후, 아날로그제어부(230)에 제공한다.

아날로그제어부(230)는 디지털컨버터(302)를 통해 디지털 값으로 입력 받을 수 있다.

시계부(210)는 시간 정보를 생성하여 시간 정보를 지속적으로 아날로그제어부(230)에 제공한다.

위치신호수신부(240)는 GPS(Global Positioning System) 신호를 수신하기 위한 것이며, GPS 신호는 위치 정보와 함께 시간 동기화를 위해 사용된다. 위치신호수신부(240)는 GPS 신호를 수신하면, 이를 디지털제어부(290)에 전달한다.

입력부(250)는 전력품질측정기(200)를 제어하기 위한 사용자의 키 조작을 입력받고 입력 신호를 생성하여 디지털제어부(290)에 전달한다. 입력부(250)는 전력품질측정기(200)를 제어하기 위한 각 종 키들을 포함할 수 있다. 입력부(250)는 표시부(260)는 터치스크린으로 이루어진 경우, 각 종 키들의 기능이 표시부(260)에서 이루어질 수 있으며, 터치스크린만으로 모든 기능을 수행할 수 있는 경우, 입력부(250)는 생략될 수도 있다.

표시부(260)는 화면 표시를 위한 것으로, 전력품질측정기(200)의 메뉴, 입력된 데이터, 기능 설정 정보 및 기타 다양한 정보를 사용자에게 시각적으로 제공할 수 있다. 또한, 표시부(260)는 전력품질측정기(200)의 각 종 화면을 출력하는 기능을 수행한다. 표시부(260)는 액정표시장치(LCD, Liquid Crystal Display), 유기 발광 다이오드(OLED, Organic Light Emitting Diodes), 능동형 유기 발광 다이오드(AMOLED, Active Matrix Organic Light Emitting Diodes) 등으로 형성될 수 있다. 한편, 표시부(260)는 터치스크린으로 구현될 수 있다. 이러한 경우, 표시부(260)는 터치센서를 포함한다. 터치센서는 사용자의 터치 입력을 감지한다. 터치센서는 정전용량 방식(capacitive overlay), 압력식, 저항막 방식(resistive overlay), 적외선 감지 방식(infrared beam) 등의 터치 감지 센서로 구성되거나, 압력 감지 센서(pressure sensor)로 구성될 수도 있다. 상기 센서들 이외에도 물체의 접촉 또는 압력을 감지할 수 있는 모든 종류의 센서 기기가 본 발명의 터치센서로 이용될 수 있다. 터치센서는 사용자의 터치 입력을 감지하고, 감지 신호를 발생시켜 디지털제어부(290)로 전송한다. 특히, 표시부(260)가 터치스크린으로 이루어진 경우, 입력부(250) 기능의 일부 또는 전부는 표시부(260)를 통해 이루어질 수 있다.

통신부(270)는 통신을 위한 것이다. 이러한 통신부(270)는 제1 통신부(271) 및 제2 통신부(273)를 포함한다. 제1 통신부(270)는 상위 통신을 위한 미디어 통신을 위한 것이다. 이러한 미디어 통신은 이더넷(Ehternet) TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)를 예시할 수 있다. 또한, 제2 통신부(280)는 시리얼 통신을 위한 것이다. 이러한 시리얼 통신은 RS232, RS422, RS485 등을 예시할 수 있다. 제1 통신부(270) 및 제2 통신부(280)는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF(Radio Frequency) 송신기(Tx) 및 수신되는 신호를 저잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신기(Rx)를 포함할 수 있다. 그리고 제1 통신부(270) 및 제2 통신부(280)는 송신되는 신호를 변조하고, 수신되는 신호를 복조하는 모뎀(Modem)을 포함할 수 있다.

강유전체메모리(220)는 비휘발성 메모리로 기존 플래시 메모리에 비해 낮은 전력 소모, 빠른 속도, 높은 쓰기 혹은 지우기 횟수 등의 장점을 가지고 있다. 강유전체메모리(220)는 쓰기와 지우기를 동시에 수행하지 못하고, 강유전체메모리(220) 내부에 기존 데이터가 존재할 시 쓰기 동작을 수행할 수 없다. 만약, 강유전체메모리(220) 내부에 저장 용량이 부족할 때, 측정값, 사고 데이터 등의 과거에 저장된 데이터로 인해 현재의 데이터를 저장할 수 없거나, 과거의 데이터를 삭제하는 중 현재의 데이터가 유실될 수 있다.

아날로그제어부(230)는 강유전체메모리(220)에 전압 및 전류의 측정값을 시간 정보와 함께 저장할 수 잇다. 또한, 사고 발생 시, 아날로그제어부(230)는 강유전체메모리(220)에 예컨대, 사고 전 1초 및 사고 후 1초 등의 설정된 주기와 사고 시간을 포함하는 사고 데이터를 실시간으로 저장할 수 있다.

한편, 디지털제어부(290)는 아날로그제어부(230)가 측정값, 사고 데이터 등의 데이터를 강유전체메모리(220)에 저장할 때, 강유전체메모리(220)의 저장 용량이 부족하지 않도록 강유전체메모리(220)에 저장된 데이터, 예컨대, 측정값, 사고 데이터 등을 제1 통신부(270) 및 제2 통신부(280) 중 어느 하나를 통해 통제서버(미도시)로 전송한 후, 전송된 데이터를 강유전체메모리(220)에서 삭제한다. 또한, 디지털제어부(290)는 통제서버(미도시)와의 통신을 통해 통제서버의 요청에 따라 강유전체메모리(220)에 저장된 데이터를 리드한 후, 제1 통신부(270) 및 제2 통신부(280) 중 어느 하나를 통해 통제서버로 제공할 수 있다. 통제서버는 강유전체메모리(220)에 저장된 데이터를 수신하고, 수신된 데이터를 통해 전력품질을 분석할 수 있다.

한편, 전압과 전류가 영전위에 있을 경우에는 미세한 전압과 전류 값이 나타날 수 있기 때문에 오프셋(Offset)을 제거하고, 계측 범위를 설정하는 방법이 요구된다. 이러한 교정(calibration)에 대해서 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 교정(calibration) 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 4의 본 발명의 실시예에서 교정(calibration)을 통해 전압센서(310)의 0V의 오프셋을 제거하고, 디지털컨버터(302)의 300V 및 600V 전압에서의 오프셋을 제거하기 위한 게인값을 설정한다. 또한, 도 4의 본 발명의 실시예에서 교정(calibration)을 통해 전류센서(320)의 0A에서의 오프셋을 제거하고, 디지털컨버터(302)의 0A 및 정격 전류(5A)에서의 오프셋을 제거하기 위한 게인값을 설정한다. 이러한 교정에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 4를 참조하면, 전력품질측정기(200)의 전체 루프에 대해 교정기기(미도시)를 연결하여 S110 단계에서 교정 루프(calibration loop)를 확정하고, S120 단계에서 교정 시작 여부를 확인한다. 교정 루프(calibration loop)는 적어도 전압센서(310), 전류센서(320) 및 디지털컨버터(302)를 포함한다.

교정이 시작되면, S130 단계에서 측정부(300)에 0V 입력이 있을 때 전압센서(310)의 오프셋과 측정부(300)에 0A 입력이 있을 때 전류센서(320)의 오프셋을 교정한다. 그리고 S140 단계에서 전압센서(310) 및 전류센서(320)의 오프셋 교정이 완료되었음을 확인하면, S150 단계로 진행한다.

S150 단계에서 전압센서(310)가 측정한 전압이 300V일 때, 디지털컨버터(302)의 오프셋을 교정한다. 그리고 S160 단계에서 디지털컨버터(302)의 300V 전압 오프셋 교정이 완료되었음을 확인하면, S170 단계로 진행한다.

S170 단계에서 전압센서(310)가 측정한 전압이 600V일 때, 디지털컨버터(302)의 오프셋을 교정한다. 그리고 S180 단계에서 디지털컨버터(302)의 600V 전압 오프셋 교정이 완료되었음을 확인하면, S190 단계로 진행한다.

S190 단계에서 전류센서(320)의 측정 전류가 0A일 때, 디지털컨버터(302)의 오프셋을 교정한다. 그리고 S200 단계에서 디지털컨버터(302)의 0A 전류 오프셋 교정이 완료되었음을 확인하면, S210 단계로 진행한다.

S210 단계에서 전류센서(320)의 측정 전류가 5A일 때, 디지털컨버터(302)의 오프셋을 교정한다. 그리고 S220 단계에서 디지털컨버터(302)의 5A 전류 오프셋 교정이 완료되었음을 확인하면, S230 단계로 진행하여 교정을 종료한다.

전술한 바와 같은 교정(calibration)이 완료된 후, 전력 품질에 대한 계측이 이루어진다. 이러한 전력 품질에 대한 계측 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 직류배전망의 전력품질 계측을 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5의 실시예에서 도 2에 도시된 바와 같이 전력품질측정기(DC PQM, 200)는 전력변환기(100)의 입력 및 출력단에 연결된 상태라고 가정한다.

도 5를 참조하면, 복수의 측정부(300)는 S310 단계에서 직류배전망의 전력변환기(100)에 입력 혹은 출력되는 전류 및 전압을 측정하여 그 측정값을 출력한다.

디지털컨버터(302)는 센서인터페이스회로(S/C, 301)를 통해 전류 및 전압의 측정값을 입력받는다. 여기서, 측정값은 아날로그 값이다. 이에 따라, 디지털컨버터(302)는 S320 단계에서 아날로그값인 측정값을 디지털값으로 변환하여 출력한다.

그러면, 아날로그제어부(230)는 S330 단계에서 디지털 값으로 변환된 전류 및 전압의 측정값을 분석한다. 이러한 분석에 따라 아날로그제어부(230)는 S340 단계에서 사고가 발생하였는지 여부를 판단한다.

상기 S340 단계의 판단 결과, 사고가 발생하지 않은 경우, 아날로그제어부(230)는 S350 단계에서 시계부(210)로부터 시간 정보를 수신하여 현재 시간을 도출하고, 도출된 현재 시간과 측정값을 강유전체메모리(220)에 저장한다. 그런 다음, 디지털제어부(290)는 S360 단계에서 강유전체메모리(220)에 저장된 측정값을 통신부(270)를 통해 통제서버로 전송한다. 이어서, 그런 다음, 디지털제어부(290)는 S370 단계에서 강유전체메모리(220)에 저장된 측정값 중 통제서버로 전송된 측정값을 삭제한다.

한편, 상기 S340 단계의 판단 결과, 사고가 발생한 경우, 아날로그제어부(230)는 S380 단계에서 시계부(210)로부터 시간 정보를 수신하여 사고 시간을 도출한다. 그런 다음, 아날로그제어부(230)는 S390 단계에서 전류 및 전압의 측정값과 사고 시간을 포함하는 사고 데이터를 강유전체메모리(220)에 저장한다.

그러면, 디지털제어부(290)는 S400 단계에서 강유전체메모리(220)로부터 사고 데이터를 추출하고, S410 단계에서 위치신호수신부(240)로부터 위치 정보를 추출하여 사고 지점을 특정한다. 이어서, 디지털제어부(290)는 통신부(270)를 통해 통제서버로 사고 지점 및 사고 데이터를 전송한다.

한편, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터수단을 통하여 판독 가능한 프로그램 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 여기서, 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함한다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

본 발명은 직류 전력 품질 감시 뿐만 아니라 계통의 사고 검출과 파형 기록 기능이 가능하고, GPS 인터페이스를 통한 사고 지점을 검출함으로써 사고 확산을 줄일 수 있다. 본 발명에 따르면, GPS 신호를 통해 사고 확산 지점을 분석하여 직류 배전망의 분산전원 장치 및 부하 등에 대한 사고 시점을 파악할 수 있다. 더욱이, 본 발명은 사고의 전압레벨, 전류레벨, 품질상태, 발생시간 및 지속 시간을 검출할 수 있고, 시간 정보와 함께 지속적으로 기록함으로써 파형을 기록할 수 있다. 또한, 통신을 통해 통제서버(통제실)에서 해당 데이터를 분석하여 직류 배전망의 유지 보수 비용 및 운영비를 절감할 수 있다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

10: 발전기 20: 에너지저장장치
30: 부하 100: 전력변환기
200: 전력품질측정기 210: 시계부
220: 강유전체메모리 230: 아날로그제어부
240: 위치신호수신부 250: 입력부
260: 표시부 270: 통신부
271: 제1 통신부 273: 제2 통신부
290: 디지털제어부 300: 측정부
301: 센서인터페이스회로 302: 디지털컨버터

Claims

직류배전망의 전력품질 계측을 위한 장치에 있어서,
통신을 위한 통신부;
데이터를 저장하기 위한 강유전체메모리;
직류배전망의 전력변환기에 입력 혹은 출력되는 전류 및 전압을 측정하는 복수의 측정부;
상기 전류 및 전압의 측정값을 상기 강유전체메모리에 저장하는 아날로그제어부;
상기 강유전체메모리에 저장된 상기 측정값을 상기 통신부를 통해 통제서버로 전송하는 디지털제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
직류배전망의 전력품질 계측을 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 장치는
시간 정보를 제공하는 시계부; 및
위치 정보를 제공하는 위치신호수신부;를 더 포함하며,
상기 아날로그제어부는
상기 전류 및 전압의 측정값에 따라 사고가 발생한 것을 확인하면, 상기 시계부로부터 제공되는 시간 정보에 따라 사고 시간을 도출하고, 상기 사고 시간 및 상기 측정값을 포함하는 사고 데이터를 저장하며,
상기 디지털제어부는
상기 강유전체메모리로부터 상기 사고 데이터를 추출한 후, 상기 통신부를 통해 상기 통제서버로 상기 위치신호수신부가 제공하는 위치 정보를 통해 도출된 사고 지점과 상기 추출된 사고 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는
직류배전망의 전력품질 계측을 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 디지털제어부는
상기 아날로그제어부가 측정값을 저장할 때, 상기 강유전체메모리의 저장 용량이 부족하지 않도록 상기 통신부를 통해 상기 통제서버로 상기 강유전체메모리에 저장된 측정값을 전송한 후, 전송된 측정값을 상기 강유전체메모리에서 삭제하는 것을 특징으로 하는
직류배전망의 전력품질 계측을 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 측정부는
절연 증폭기를 통해 전압을 계측하는 전압센서;
플럭스게이트 형태의 홀센서를 통해 전류를 계측하는 전류센서; 및
상기 전압센서의 구동 전압 및 상기 전류센서의 구동 전압을 생성하는 플라이백컨버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는
직류배전망의 전력품질 계측을 위한 장치.
직류배전망의 전력품질 계측을 위한 방법에 있어서,
복수의 측정부가 직류배전망의 전력변환기에 입력 혹은 출력되는 전류 및 전압을 측정하여 상기 전류 및 전압의 측정값을 출력하는 단계;
디지털컨버터가 아날로그값인 상기 측정값을 디지털값으로 변환하는 단계;
아날로그제어부가 상기 측정값을 통해 사고 여부를 판단하는 단계;
상기 판단 결과, 사고가 발생하지 않은 경우, 아날로그제어부가 상기 디지털값으로 변환된 측정값을 강유전체메모리에 저장하는 단계;
디지털제어부가 통제서버로 통신부를 통해 상기 강유전체메모리에 저장된 측정값을 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
직류배전망의 전력품질 계측을 위한 방법.
제5항에 있어서,
상기 측정값을 통해 사고 여부를 판단하는 단계 후,
상기 판단 결과, 사고가 발생하지 않은 경우, 상기 아날로그제어부가 시계부로부터 시간 정보를 수신하여 사고 시간을 도출하는 단계;
상기 아날로그제어부가 상기 측정값과 상기 사고 시간을 포함하는 사고 데이터를 상기 강유전체메모리에 저장하는 단계;
상기 디지털제어부가 상기 강유전체메모리로부터 사고 데이터를 추출하는 단계;
상기 디지털제어부가 위치신호수신부로부터 위치 정보를 추출하여 사고 지점을 특정하는 단계; 및
상기 디지털제어부가 상기 통신부를 통해 상기 통제서버로 상기 사고 지점 및 상기 사고 데이터를 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
직류배전망의 전력품질 계측을 위한 방법.
제5항에 있어서,
상기 강유전체메모리에 저장된 측정값을 전송하는 단계 후,
상기 디지털제어부가 상기 전송된 측정값을 상기 강유전체메모리에서 삭제하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
직류배전망의 전력품질 계측을 위한 방법.
제5항에 있어서,
상기 전류 및 전압의 측정값을 출력하는 단계 전,
교정기기가 상기 측정부의 전압센서의 0V의 오프셋 및 전류센서의 0A의 오프셋을 교정하는 단계;
상기 교정기기가 상기 디지털컨버터의 300V 및 600V 전압에서의 오프셋을 교정하는 단계; 및
상기 교정기기가 상기 디지털컨버터의 0A 및 5A에서의 오프셋을 교정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
직류배전망의 전력품질 계측을 위한 방법.