KR20220036126A - System and Method for monitoring partial discharge using sensor data - Google Patents

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KR20220036126A
KR20220036126A KR1020200118344A KR20200118344A KR20220036126A KR 20220036126 A KR20220036126 A KR 20220036126A KR 1020200118344 A KR1020200118344 A KR 1020200118344A KR 20200118344 A KR20200118344 A KR 20200118344A KR 20220036126 A KR20220036126 A KR 20220036126A
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Abstract

오프라인 분석의 단점과 단일 온라인 센서 데이터의 본질적 한계를 보완하기 위한 다중 온라인 데이터를 동시에 함께 분석할 수 있는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템이 개시된다. 상기 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템은, 배전선로 개폐기를 센싱하여 다수의 센서 데이터를 생성하는 센서계, 상기 센서계로부터 획득되는 다수의 상기 센서 데이터를 특성 데이터로 변환하고 상기 특성 데이터를 이용하여 상기 배전선로 개폐기에 대해 부분 방전이 발생했는지 또는 노이즈가 발생했는지를 판단하는 단말기, 및 상기 센서계와 상기 단말기를 통신 연결하는 네트워크를 포함하는 것을 특징으로 한다.A partial discharge detection system utilizing sensor data that can simultaneously analyze multiple online data to compensate for the shortcomings of offline analysis and the inherent limitations of single online sensor data is disclosed. The sensor data utilization partial discharge detection system is a sensor system that generates a plurality of sensor data by sensing a distribution line switch, converts the plurality of sensor data obtained from the sensor system into characteristic data, and uses the characteristic data to detect the sensor data. It is characterized by comprising a terminal that determines whether a partial discharge or noise has occurred in the distribution line switch, and a network that communicates and connects the sensor system and the terminal.

Description

센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템 및 방법{System and Method for monitoring partial discharge using sensor data}{System and Method for monitoring partial discharge using sensor data}

본 발명은 부분 방전 감지 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 오프라인 분석의 단점과 단일 온라인 센서 데이터의 본질적 한계를 보완하기 위한 다중 온라인 데이터를 동시에 함께 분석할 수 있는 부분 방전 감지 시스템 및 방법에 대한 것이다.The present invention relates to partial discharge detection technology, and more specifically, to a partial discharge detection system and method that can analyze multiple online data simultaneously to compensate for the shortcomings of offline analysis and the inherent limitations of single online sensor data. .

변전소(Substation)는 송전선로(Transmission Line)와 배전선로(Distribution Line)의 사이에 위치하여 높은 송전 전압을 낮은 배전 전압으로 변환시켜 준다. 이를 위해, 변전소에는 송전선로와 배전선로를 연결하거나 분리하기 위한 개폐기(Switchgear)가 설치되어 있는데, 이러한 장치를 배전선로 개폐장치라고 한다.Substation is located between the transmission line and distribution line and converts high transmission voltage to low distribution voltage. For this purpose, a switchgear is installed in the substation to connect or separate the transmission line and distribution line. This device is called a distribution line switchgear.

배전선로 개폐장치는 그 종류에 따라 유압식, 자기식, 공기식 등으로 나누어지며, 특히 절연 내력이 우수한 SF6 가스를 이용하는 가스절연 부하개폐기(GIS: Gas Insulated Switchgear)가 널리 사용되고 있다.Distribution line switchgear is divided into hydraulic, magnetic, and pneumatic types depending on its type. In particular, gas insulated switchgear (GIS) using SF6 gas, which has excellent dielectric strength, is widely used.

그러나, 가스절연 부하개폐장치의 절연성능이 뛰어나다 하더라도 전력 계통의 특성상 한 번의 절연 사고가 미치는 사회적 혼란이나 경제적 손실 등의 파급 효과가 매우 크기 때문에 절연 사고 예방을 위한 철저한 점검이 필수적인 실정이다.However, even if the insulation performance of the gas insulated load switch device is excellent, due to the nature of the power system, a single insulation accident can have a very large ripple effect such as social chaos or economic loss, so thorough inspection to prevent insulation accidents is essential.

이러한 이유로 가스절연 부하개폐장치의 대표적인 열화 원인인 부분방전 현상을 자동으로 감지하기 위한 기술에 대한 연구가 널리 이루어지고 있다. 부분방전(PD: Partial Discharge)이란 높은 전압 스트레스 하에서 절연체의 주변 또는 내부를 따라 국부적으로 발생하는 방전 현상으로서, 흔히 자연적으로 형성된 물리적 간극(Void) 또는 개폐장치의 열화에 따라 부분적으로 갈라진 틈(Crack)에서 발생한다.For this reason, research on technology for automatically detecting partial discharge phenomenon, which is a typical cause of deterioration of gas-insulated load switch devices, is being widely conducted. Partial discharge (PD) is a discharge phenomenon that occurs locally around or inside an insulator under high voltage stress. It is often caused by a naturally formed physical gap (void) or a partial crack (crack) caused by the deterioration of the switchgear. ) occurs in

부분방전은 전력의 누설에 따른 지속적인 전력 손실을 가져오고, 그 효과가 누적될 경우 절연 물질에 비가역적인 물리적 또는 화학적 변화를 가져올 수 있다. 따라서, 부분방전이 발생되면 배전선로를 통한 전력 공급을 완전히 중단시키거나 설비의 폭발이 야기될 수 있다.Partial discharge results in continuous power loss due to power leakage, and if the effects accumulate, it can cause irreversible physical or chemical changes to the insulating material. Therefore, when partial discharge occurs, power supply through distribution lines may be completely stopped or equipment may explode.

이러한 부분방전(PD: Partial Discharge)을 감지하기 위한 여러 가지 방법이 활용되고 있다. 이해를 위해, 예를 들면, 센서를 활용하여 하드웨어 차원의 부분 방전을 감지하는 기술, 온라인 단일 센서 데이터를 활용하여 부분방전을 감지하는 기술, 오프라인 장비를 활용하여 감지하는 기술 등을 들 수 있다.Several methods are being used to detect such partial discharge (PD). For understanding, examples include technology to detect partial discharge at the hardware level using sensors, technology to detect partial discharge using online single sensor data, and technology to detect using offline equipment.

그런데, 센서 활용 하드웨어 차원의 부분 방전(PD) 감지 기술의 경우, 가스절연개폐기(GIS) 부분 방전(PD) 발생 시 초고주파(UHF) 대역에서 에너지 방출을 감지한다. 따라서, 실제 PD가 아닌 노이즈의 경우에도 같은 현상을 보여 오감지율이 높다는 단점이 있다.However, in the case of partial discharge (PD) detection technology at the hardware level utilizing sensors, When partial discharge (PD) occurs in a gas insulated switch (GIS), energy emission is detected in the ultra-high frequency (UHF) band. Therefore, the same phenomenon occurs even in the case of noise rather than actual PD, which has the disadvantage of having a high false detection rate.

또한, 온라인 단일 센서 데이터 활용 PD 감지 기술의 경우, UHF(Ultra High Frequency) 대역 신호의 PRPD(Pulse-Resolved Partial Discharge) 패턴 분석을 통해 부분 방전을 감지한다. 따라서, 저해상도 온라인 데이터의 경우, 실제 부분 방전 유사 파형의 노이즈 감지가 불가하다는 단점이 있다.Additionally, in the case of PD detection technology utilizing online single sensor data, Partial discharge is detected through analysis of PRPD (Pulse-Resolved Partial Discharge) pattern of UHF (Ultra High Frequency) band signal. Therefore, in the case of low-resolution online data, there is a disadvantage that it is impossible to detect noise of the actual partial discharge-like waveform.

또한, 오프라인 장비 활용 PD 감지 기술의 경우, UHF 대역 고해상도 신호 대상 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge), 주파수, ToA(Time of Arrival) 분석 등을 통해 PD 감지, 종류 및 발생 위치를 분석한다. 따라서, 오프라인 취득 시 부대 비용 발생 및 실시간 분석이 불가능하다는 단점이 있다.In addition, in the case of PD detection technology using offline equipment, PD detection, type, and location of occurrence are analyzed through PRPD (Phase Resolved Partial Discharge), frequency, and ToA (Time of Arrival) analysis for high-resolution signals in the UHF band. Therefore, there are disadvantages in that offline acquisition involves additional costs and real-time analysis is not possible.

1. 한국등록특허번호 제10-0853725호(등록일자 2008년08월18일)1. Korean Patent No. 10-0853725 (registration date: August 18, 2008)

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 오프라인 분석의 단점과 단일 온라인 센서 데이터의 본질적 한계를 보완하기 위한 다중 온라인 데이터를 동시에 함께 분석할 수 있는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was proposed to solve the problems caused by the above background technology, and is a partial discharge detection system utilizing sensor data that can simultaneously analyze multiple online data to compensate for the shortcomings of offline analysis and the inherent limitations of single online sensor data. The purpose is to provide methods and methods.

또한, 본 발명은 부분 방전(배전선로 개폐장치 내부에서 발생)와 노이즈(배전선로 개폐장치 외부에서 발생)의 특징 활용을 위해 다중 센서의 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 특성인자 유사도 분석으로 신호 발생원의 위치가 배전선로 개폐장치 내/외부 인지 여부를 파악해 부분 방전을 감지할 수 있는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, the present invention analyzes the similarity of PRPD (Phase Resolved Partial Discharge) characteristic factors of multiple sensors to utilize the characteristics of partial discharge (occurring inside the distribution line switchgear) and noise (generated outside the distribution line switchgear) to identify the signal generator. Another purpose is to provide a partial discharge detection system and method using sensor data that can detect partial discharge by determining whether the location is inside or outside the distribution line switchgear.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 오프라인 분석의 단점과 단일 온라인 센서 데이터의 본질적 한계를 보완하기 위한 다중 온라인 데이터를 동시에 함께 분석할 수 있는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템을 제공한다.In order to achieve the tasks presented above, the present invention provides a partial discharge detection system utilizing sensor data that can simultaneously analyze multiple online data to compensate for the shortcomings of offline analysis and the inherent limitations of single online sensor data.

상기 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템은,The partial discharge detection system using the sensor data,

배전선로 개폐기를 센싱하여 다수의 센서 데이터를 생성하는 센서계;A sensor system that generates multiple sensor data by sensing distribution line switches;

상기 센서계로부터 획득되는 다수의 상기 센서 데이터를 특성 데이터로 변환하고 상기 특성 데이터를 이용하여 상기 배전선로 개폐기에 대해 부분 방전이 발생했는지 또는 노이즈가 발생했는지를 판단하는 단말기; 및a terminal that converts a plurality of sensor data obtained from the sensor system into characteristic data and uses the characteristic data to determine whether partial discharge or noise has occurred in the distribution line switch; and

상기 센서계와 상기 단말기를 통신 연결하는 네트워크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A network that communicates and connects the sensor system and the terminal.

또한, 상기 센서계는, 상기 배전선로 개폐기의 내부면에 설치되는 인근 센서;In addition, the sensor system includes a nearby sensor installed on the inner surface of the distribution line switch;

상기 배전선로 개폐기측을 향해 설치되며 상기 부분 방전의 발생을 판정하기 위한 타겟 센서; 및 a target sensor installed toward the distribution line switch to determine occurrence of the partial discharge; and

상기 배전선로 개폐기의 외부면에 설치되며 상기 타겟 센서와 근접하게 설치되는 노이즈 센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A noise sensor installed on the outer surface of the distribution line switch and close to the target sensor.

또한, 다수의 상기 센서 데이터는 시간 및 위상축으로 구성되는 2차원의 PRPS(Phase Resolved Pulse Sequence) 데이터로서, 상기 부분 방전의 파형 특징을 나타내기 위해, 전류 위상에 맞추어 재정렬되는 것을 특징으로 한다.In addition, the plurality of sensor data is two-dimensional PRPS (Phase Resolved Pulse Sequence) data consisting of time and phase axes, and is rearranged according to the current phase to represent the waveform characteristics of the partial discharge.

또한, 상기 특성 데이터는 PRPS 데이터의 위상 특징을 집중하여 보기 위해, 시간방향으로 사영하여 변환되는 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 데이터인 것을 특징으로 한다.In addition, the characteristic data is characterized as PRPD (Phase Resolved Partial Discharge) data that is projected and converted in the time direction in order to focus on the phase characteristics of the PRPS data.

또한, 상기 사영은 상기 PRPS 데이터의 단순 중첩이 아닌 특정 위상 시점에서 일정 시간 동안 관측되는 상기 PRPS 데이터의 수와 최고 크기를 곱하여 특정 위상에서의 크기와 수가 강조되는 사영인 것을 특징으로 한다.In addition, the projection is not a simple overlap of the PRPS data, but is a projection in which the size and number in a specific phase are emphasized by multiplying the number and maximum size of the PRPS data observed for a certain period of time at a specific phase point.

또한, 상기 단말기는, 상기 센서 데이터를 획득하는 획득부; 상기 PRPD 데이터를 이용하여 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 기반 특성 인자를 추출하는 추출 모듈; 및 상기 특성 인자를 MLP(Multi-layer perceptron)에 적용하여 유사도 결과를 생성하고, 상기 유사도 결과를 이용하여 상기 배전선로 개폐기에 대해 부분 방전이 발생했는지 또는 노이즈가 발생했는지를 판단하는 분석 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Additionally, the terminal may include an acquisition unit that acquires the sensor data; An extraction module that extracts PRPD (Phase Resolved Partial Discharge)-based characteristic factors using the PRPD data; and an analysis module that generates a similarity result by applying the characteristic factor to an MLP (Multi-layer perceptron) and uses the similarity result to determine whether partial discharge or noise has occurred in the distribution line switch. It is characterized by including.

이때, 상기 특성 인자는 왜도, 첨도, 엔트로피, 및 FFT (Fast Fourier Transform) 비율로 이루어지는 것을 특징으로 한다.At this time, the characteristic factors are characterized by skewness, kurtosis, entropy, and FFT (Fast Fourier Transform) ratio.

또한, 상기 왜도는 수학식

Figure pat00001
(여기서, X : PRPD 데이터, μ: 평균, σ: 표준편차, E[] : 기댓값)으로 정의되는 것을 특징으로 한다.In addition, the skewness is expressed by the equation
Figure pat00001
(Here, X: PRPD data, μ: mean, σ: standard deviation, E[]: expected value).

또한, 상기 첨도는 수학식

Figure pat00002
으로 정의되는 것을 특징으로 한다.In addition, the kurtosis is expressed by the equation
Figure pat00002
It is characterized by being defined as.

또한, 상기 엔트로피는 수학식

Figure pat00003
(여기서,
Figure pat00004
, X는 PRPD 데이터, i는 양의 정수이다)로 정의되는 것을 특징으로 한다.In addition, the entropy is expressed by the equation
Figure pat00003
(here,
Figure pat00004
, X is PRPD data, and i is a positive integer).

또한, 상기 FFT 비율은 수학식

Figure pat00005
( 여기서, Xfi는 PRPD의 FFT 결과 i번째 성분이며, i는 양의 정수이다)으로 정의되는 것을 특징으로 한다.In addition, the FFT ratio is expressed by the equation
Figure pat00005
(Here, X fi is the ith component of the FFT result of PRPD, and i is a positive integer).

또한, 상기 특성 인자중 타겟 센서 특성인자( )와 인근 센서 특성인자( )간의 제 1 거리는 미리 설정되는 기본 거리로 설정되고, 상기 타겟 센서 특성인자( )와 노이즈 센서 특성인자( ) 간의 제 2 거리는 상기 기본 거리보다 멀게 설정되는 것을 특징으로 한다.In addition, among the above characteristic factors, the target sensor characteristic factor ( ) and nearby sensor characteristic factors ( The first distance between ) is set to a preset basic distance, and the target sensor characteristic factor ( ) and noise sensor characteristic factors ( ) The second distance between the distances is set to be farther than the basic distance.

또한, 상기 분석 모듈은 수학식

Figure pat00010
(여기서, (fnear)는 인근 센서 특성 변수, (ftarget)는 타겟 센서 특성 변수, (fnoise)는 노이즈 센서 특성 변수이며, β는 가중치이다)을 이용하여 상기 부분 방전이 발생했는지 또는 상기 노이즈가 발생했는지를 판단하는 것을 특징으로 한다.In addition, the analysis module uses the equation
Figure pat00010
(Here, (f near ) is a nearby sensor characteristic variable, (f target ) is a target sensor characteristic variable, (f noise ) is a noise sensor characteristic variable, and β is a weight) to determine whether the partial discharge has occurred or It is characterized by determining whether noise has occurred.

또한, 상기 분석 모듈은 상기 인근 센서 특성 변수(fnear)와 상기 타겟 센서 특성 변수(ftarget)간의 제 1 거리가 상기 노이즈 센서 특성 변수(fnoise)와 상기 타겟 센서 특성 변수(ftarget)간의 제 2 거리보다 작으면 상기 부분 방전으로 판단하고, 상기 인근 센서 특성 변수(fnear)와 상기 타겟 센서 특성 변수(ftarget)간의 상기 제 1 거리가 상기 노이즈 센서 특성 변수(fnoise)와 상기 타겟 센서 특성 변수(ftarget)간의 상기 제 2 거리보다 크면 노이즈로 판단하는 것을 특징으로 한다.In addition, the analysis module determines that the first distance between the nearby sensor characteristic variable (f near ) and the target sensor characteristic variable (f target ) is the distance between the noise sensor characteristic variable (f noise ) and the target sensor characteristic variable (f target ). If it is less than the second distance, it is determined as the partial discharge, and the first distance between the nearby sensor characteristic variable (f near ) and the target sensor characteristic variable (f target ) is equal to the noise sensor characteristic variable (f noise ) and the target. If it is greater than the second distance between the sensor characteristic variables (f target ), it is characterized as noise.

또한, 상기 분석 모듈은 상기 배전선로 개폐기의 단선도, 상기 인근센서, 상기 타겟 센서, 및 상기 노이즈 센서의 선택을 유저 인터페이스의 상부 화면에 표시하는 것을 특징으로 한다.In addition, the analysis module is characterized in that it displays the selection of the single-line diagram of the distribution line switch, the neighborhood sensor, the target sensor, and the noise sensor on the upper screen of the user interface.

또한, 상기 분석 모듈은 상기 인근센서, 상기 타겟 센서, 및 상기 노이즈 센서간 유사도 정보를 유저 인터페이스의 하부 화면를 표시하는 것을 특징으로 한다.In addition, the analysis module is characterized in that it displays similarity information between the neighborhood sensor, the target sensor, and the noise sensor on a lower screen of the user interface.

다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 센서계가 배전선로 개폐기를 센싱하여 다수의 센서 데이터를 생성하는 단계; (b) 상기 센서계와 네트워크를 통해 통신 연결되는 단말기가 상기 센서계로부터 획득되는 다수의 상기 센서 데이터를 특성 데이터로 변환하는 단계; 및 (c) 단말기가 상기 특성 데이터를 이용하여 상기 배전선로 개폐기에 대해 부분 방전이 발생했는지 또는 노이즈가 발생했는지를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 방법을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention includes (a) generating a plurality of sensor data by a sensor system sensing a distribution line switch; (b) converting a plurality of sensor data obtained from the sensor system into characteristic data by a terminal connected to the sensor system through a network; and (c) determining, by the terminal, whether a partial discharge or noise has occurred in the distribution line switch using the characteristic data. It provides a partial discharge detection method using sensor data, comprising: .

본 발명에 따르면, 기존 온라인 단일 센서 데이터로 판단하지 못하는 부분 방전(PD: Partial Discharge)와 유사한 위상 특성을 보이는 노이즈에 대해 강건한 부분 방전의 진단이 가능하다.According to the present invention, it is possible to diagnose partial discharge that is robust against noise showing phase characteristics similar to partial discharge (PD), which cannot be determined using existing online single sensor data.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 유사도를 활용한 감지뿐 아니라, 여러 센서 데이터의 유사도를 동시에 관찰 가능한 유사도 행렬을 제시함으로써 입체적 분석 및/또는 PD 발생 위치의 대략적인 추정이 가능하다는 점을 들 수 있다. In addition, another effect of the present invention is that in addition to detection using similarity, three-dimensional analysis and/or rough estimation of the location of PD occurrence are possible by presenting a similarity matrix that can simultaneously observe the similarity of multiple sensor data. .

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템의 구성 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 데이터를 활용하여 부분 방전을 감지하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 데이터 획득 단계를 세분화한 흐름도이다.
도 4는 도 2에 도시된 센서 데이터의 일예시이다.
도 5는 도 2에 도시된 다중 PRPS 시간 방향 사영을 통한 PRPD 데이터의 획득 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 부분 방전 데이터의 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform) 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 노이즈 데이터의 고속 푸리에 변화 결과를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유사도 학습 모델을 이용한 부분 방전 판단 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 유사도 분석을 활용한 유저 인터페이스 구성예이다.
Figure 1 is a block diagram of a partial discharge detection system using sensor data according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flowchart showing a process for detecting partial discharge using sensor data according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a flowchart detailing the sensor data acquisition steps according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an example of sensor data shown in FIG. 2.
FIG. 5 is a conceptual diagram of acquiring PRPD data through multiple PRPS temporal projections shown in FIG. 2.
Figure 6 is a graph showing the results of Fast Fourier Transform of partial discharge data according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a graph showing the results of fast Fourier transformation of noise data according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a flowchart showing a partial discharge determination process using a similarity learning model according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is an example of a user interface configuration using similarity analysis according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.The present invention can make various changes and have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. When describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may be referred to as a first component without departing from the scope of the present invention. The term “and/or” includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless clearly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. It shouldn't be.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템 및 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a partial discharge detection system and method using sensor data according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템(100)의 구성 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템(100)은, 배전선로 개폐장치를 센싱하여 다수의 센서 데이터를 생성하는 센서계(110), 센서계(110)로부터 다수의 센서 데이터를 획득하여 부분 방전 또는 노이즈인지를 판단하는 단말기(120), 센서계(110)와 단말기(120)를 통신 연결하는 네트워크(10) 등을 포함하여 구성될 수 있다.Figure 1 is a block diagram of a partial discharge detection system 100 using sensor data according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the sensor data utilization partial discharge detection system 100 acquires a plurality of sensor data from the sensor system 110 and the sensor system 110, which generates a plurality of sensor data by sensing a distribution line switch. It may be configured to include a terminal 120 that determines whether it is a partial discharge or noise, a network 10 that communicates and connects the sensor system 110 and the terminal 120, etc.

배전선로 개폐장치는 유압식, 자기식, 공기식 등으로 나누어지며, 절연 내력이 우수한 SF6 가스를 이용하는 가스절연 부하개폐기(GIS: Gas Insulated Switchgear)가 널리 사용되고 있다. 본 발명의 일실시예에서는 GIS를 예시로 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 부하개폐기 등도 적용될 수 있다.Distribution line switchgear is divided into hydraulic, magnetic, and pneumatic types, and gas insulated switchgear (GIS), which uses SF6 gas with excellent dielectric strength, is widely used. In one embodiment of the present invention, GIS is explained as an example, but it is not limited to this and other load switches, etc. can also be applied.

센서계(110)는 노이즈 센서, 인근 센서, 타겟 센서 등으로 구성될 수 있다. The sensor system 110 may be composed of a noise sensor, a nearby sensor, a target sensor, etc.

노이즈 센서는 배전선로 개폐장치의 내부면에 설치되며, 타켓 센서는 배전선로 개폐기측을 향해 설치되며 부분 방전의 발생을 판정하기 위해 설치되며, 인근 센서는 배전선로 개폐장치의 외부면에 설치되며 상기 타겟 센서와 근접하게 설치된다. 센서(110)는 500 ~ 1,500MHz의 검출대역을 갖는 외장형 전자파 센서로, IEC60270 겉보기 부분방전 5pC 이하를 검출할 수 있는 감도를 가진 것으로 외부노이즈 유입을 최소화하기 위하여 차폐재를 스페이서와 센서 설치면에 가스켓형태로 삽입하는 것이 바람직하다.The noise sensor is installed on the inner surface of the distribution line switch, the target sensor is installed toward the distribution line switch and is installed to determine the occurrence of partial discharge, and the nearby sensor is installed on the outer surface of the distribution line switch and the above It is installed close to the target sensor. The sensor 110 is an external electromagnetic wave sensor with a detection band of 500 ~ 1,500MHz. It has a sensitivity that can detect IEC60270 apparent partial discharge of 5pC or less. To minimize the inflow of external noise, a shielding material is installed as a spacer and a gasket is installed on the sensor installation surface. It is desirable to insert it in the form.

일반적으로 주파수 검출대역은 UHF(Utra High Frequency) 대역(300∼3000 ㎒)내의 500∼1500MHz영역으로서 500MHz 이하는 외부 노이즈가 강한 주파수 대역이며, 1500MHz이상은 고주파 특성상 빠른 감쇄를 보이므로 이를 고려하여 주파수 대역을 검출할 수 있다.Generally, the frequency detection band is 500 to 1,500 MHz within the UHF (Utra High Frequency) band (300 to 3,000 MHz). Below 500 MHz is a frequency band with strong external noise, and over 1,500 MHz shows rapid attenuation due to the characteristics of high frequencies, so take this into consideration when determining the frequency. band can be detected.

단말기(120)는 획득부(121), 추출 모듈(122), 분석 모듈(123), 및 출력부(124) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 획득부(121)는 네트워크(10)와 유무선 통신으로 연결되는 기능을 수행한다. 이를 위해, 마이크로프로세서, 모뎀, 랜카드, 회로 등이 구성된다. The terminal 120 may be configured to include an acquisition unit 121, an extraction module 122, an analysis module 123, and an output unit 124. The acquisition unit 121 performs a function of connecting to the network 10 through wired or wireless communication. For this purpose, a microprocessor, modem, LAN card, circuit, etc. are configured.

추출 모듈(122)은 획득부(121)를 통해 획득된 센서 데이터 등의 정보를 취합하여 저장부(130)에 저장하는 기능을 수행한다. The extraction module 122 collects information such as sensor data acquired through the acquisition unit 121 and stores it in the storage unit 130.

분석 모듈(1230)은 센서 데이터를 이용하여 배전선로 개폐장치(901)에 부분 방전이 발생했는지 또는 노이즈가 발생했는지를 판단하는 기능을 수행한다.The analysis module 1230 uses sensor data to determine whether partial discharge or noise has occurred in the distribution line switch 901.

출력부(124)는 추출 모듈(122), 분석 모듈(123) 등에서 처리하는 정보를 표시하는 기능을 수행한다. 따라서, 출력부(124)는 문자, 음성, 및 그래픽의 조합으로 알림 정보를 생성할 수 있다. 이를 위해 출력부(124)는 디스플레이, 사운드 시스템 등을 포함하여 구성될 수 있다.The output unit 124 functions to display information processed by the extraction module 122, analysis module 123, etc. Accordingly, the output unit 124 can generate notification information using a combination of text, voice, and graphics. To this end, the output unit 124 may be configured to include a display, a sound system, etc.

디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode) 디스플레이, PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic LED) 디스플레이, 터치 스크린, CRT(Cathode Ray Tube), 플렉시블 디스플레이 등이 될 수 있다. 터치 스크린의 경우, 입력 수단으로 기능할 수 있다.The display may be a Liquid Crystal Display (LCD), Light Emitting Diode (LED) display, Plasma Display Panel (PDP), Organic LED (OLED) display, touch screen, Cathode Ray Tube (CRT), or flexible display. In the case of a touch screen, it can function as an input means.

도 2에 도시된 추출 모듈(122), 분석 모듈(123)는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. The extraction module 122 and analysis module 123 shown in FIG. 2 refer to units that process at least one function or operation, and may be implemented in software and/or hardware. In hardware implementation, an application specific integrated circuit (ASIC), digital signal processing (DSP), programmable logic device (PLD), field programmable gate array (FPGA), processor, microprocessor, and other devices designed to perform the above-described functions. It may be implemented as an electronic unit or a combination thereof.

소프트웨어 구현에 있어, 소프트웨어 구성 컴포넌트(요소), 객체 지향 소프트웨어 구성 컴포넌트, 클래스 구성 컴포넌트 및 작업 구성 컴포넌트, 프로세스, 기능, 속성, 절차, 서브 루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로 코드, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 배열 및 변수를 포함할 수 있다. 소프트웨어, 데이터 등은 메모리에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.In software implementation, software composition components (elements), object-oriented software composition components, class composition components and task composition components, processes, functions, properties, procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, data. , databases, data structures, tables, arrays, and variables. Software, data, etc. can be stored in memory and executed by a processor. The memory or processor may employ various means well known to those skilled in the art.

저장부(130)는 센서 데이터, 알림 정보, 유사도 분석 모델 등을 저장하는 기능을 수행한다. 저장부(130)는 단말기(120)내에 구성될 수도 있고, 별도의 서버에 구성될 수도 있다. 따라서, 저장부(130)는 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(Secure Digital) 또는 XD(eXtreme Digital) 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, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 인터넷(internet)상에서 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage), 클라우드 서버와 관련되어 동작할 수도 있다.The storage unit 130 performs the function of storing sensor data, notification information, similarity analysis model, etc. The storage unit 130 may be configured within the terminal 120 or may be configured on a separate server. Accordingly, the storage unit 130 may be a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, or a card type memory (e.g., SD (Secure Digital) or eXtreme Digital (XD) memory, etc.), Random Access Memory (RAM), Static Random Access Memory (SRAM), Read Only Memory (ROM), Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM), Programmable Read It may include at least one type of storage medium among (Only Memory), magnetic memory, magnetic disk, and optical disk. Additionally, it may operate in connection with web storage and cloud servers that perform storage functions on the Internet.

네트워크(10)는 센서계(110)와 단말기(120)를 통신 연결하는 기능을 수행한다. 통신 연결은 RS232, RS485, 모드 버스, CC-Link 통신, 이더넷 통신 등이 될 수 있다. 물론, 네트워크(10)는 복수의 단말 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 공중교환 전화망(PSTN), 공중교환 데이터망(PSDN), 종합정보통신망(ISDN: Integrated Services Digital Networks), 광대역 종합 정보 통신망(BISDN: Broadband ISDN), 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 대도시 지역망(MAN: Metropolitan Area Network), 광역 통신망(WLAN: Wide LAN) 등이 될 수 있다, 그러나, 본 발명은 이에 한정되지는 않으며, 무선 통신망인 CDMA(Code Division Multiple Access), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband), WiFi(Wireless Fidelity), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 망 , 블루투쓰(bluetooth),NFC(Near Field Communication) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 될 수 있다. 또는, 이들 유선 통신망 및 무선 통신망의 조합일 수 있다. The network 10 performs a function of communicating and connecting the sensor system 110 and the terminal 120. Communication connections can be RS232, RS485, Modbus, CC-Link communication, Ethernet communication, etc. Of course, the network 10 refers to a connection structure that allows information exchange between each node, such as a plurality of terminals and servers, such as the public switched telephone network (PSTN), public switched data network (PSDN), and comprehensive information and communication network ( ISDN (Integrated Services Digital Networks), Broadband ISDN (BISDN), Local Area Network (LAN), Metropolitan Area Network (MAN), Wide LAN (WLAN), etc. However, the present invention is not limited to this, and is applicable to wireless communication networks such as CDMA (Code Division Multiple Access), WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), Wibro (Wireless Broadband), WiFi (Wireless Fidelity), and HSDPA (High It can be a Speed Downlink Packet Access (Speed Downlink Packet Access) network, Bluetooth, NFC (Near Field Communication) network, satellite broadcasting network, analog broadcasting network, DMB (Digital Multimedia Broadcasting) network, etc. Alternatively, it may be a combination of these wired communication networks and wireless communication networks.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 데이터를 활용하여 부분 방전을 감지하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 획득모듈(121)은 센서계((110)를 통해 센서 데이터를 획득한다(단계 S210). 센서계(110)는 타겟 센서, 인근 센서, 노이즈 센서 등을 포함한다. 센서 데이터는 PRPS(Phase Resolved Pulse Sequence) 데이터가 될 수 있다. PRPS 데이터는 시간 및 위상 축으로 구성된 2차원 데이터로서 상기 부분 방전의 파형 특징을 나타내기 위해, 시계열로 취득된 데이터를 전류 위상에 맞추어 재정렬되는 데이터이다.Figure 2 is a flowchart showing a process for detecting partial discharge using sensor data according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 2, the acquisition module 121 acquires sensor data through the sensor system 110 (step S210). The sensor system 110 includes a target sensor, a nearby sensor, a noise sensor, etc. Sensor The data may be PRPS (Phase Resolved Pulse Sequence) data, which is two-dimensional data consisting of time and phase axes, and data acquired in time series are rearranged according to the current phase to represent the waveform characteristics of the partial discharge. This is data.

이후, 추출 모듈(122)은 PRPS 데이터의 위상 특징을 집중하여 보기 위해, 시간방향으로 사영하여 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 데이터의 형태로 변환하여 획득한다(단계 S220). 즉, PRPS 데이터의 위상 특징을 집중하여 보기 위해, 시간방향으로 사영하여 PRPD 형태로 나타낸다. 시간방향으로 사영하는 과정에서, 데이터의 단순 중첩이 아닌 특정 위상 시점에서 1분 동안 관측되는 데이터의 수와 최고 크기를 곱하여 특정 위상에서의 크기와 데이터 수가 강조될 수 있도록 사영한다.Thereafter, in order to focus on the phase characteristics of the PRPS data, the extraction module 122 projects it in the time direction and converts it into PRPD (Phase Resolved Partial Discharge) data to obtain it (step S220). In other words, in order to focus on the phase characteristics of PRPS data, it is projected in the time direction and expressed in PRPD form. In the process of projecting in the time direction, rather than simply overlapping the data, the number of data observed during one minute at a specific phase is multiplied by the maximum size, and the size and number of data in a specific phase are projected to be emphasized.

이후, 추출 모듈(122)은 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 기반 특성 인자를 추출한다(단계 S230). 부연하면, PRPD 데이터를 이용하여 4가지의 특성 인자를 추출한다. 4가지의 특성 인자는 왜도, 첨도, 엔트로피, FFT(Fast Fourier Transform) 비율 등을 들 수 있다.Afterwards, the extraction module 122 extracts PRPD (Phase Resolved Partial Discharge)-based characteristic factors (step S230). In detail, four characteristic factors are extracted using PRPD data. The four characteristic factors include skewness, kurtosis, entropy, and FFT (Fast Fourier Transform) rate.

왜도는 다음 수학식과 같이 정의된다.Skewness is defined as follows:

Figure pat00011
Figure pat00011

여기서, X : PRPD 데이터, μ: 평균, σ: 표준편차, E[] : 기댓값Here, X: PRPD data, μ: mean, σ: standard deviation, E[]: expected value

또한, 첨도는 다음 수학식과 같이 정의된다.Additionally, kurtosis is defined as follows:

Figure pat00012
Figure pat00012

엔트로피는 다음 수학식과 같이 정의된다.Entropy is defined as follows:

Figure pat00013
Figure pat00013

Pi는 다음 수학식과 같이 정의된다.P i is defined as follows:

Figure pat00014
Figure pat00014

여기서, X는 PRPD 데이터, i는 양의 정수이다.Here, X is PRPD data and i is a positive integer.

FFT 비율은 다음 수학식과 같이 정의된다.The FFT ratio is defined as follows:

Figure pat00015
Figure pat00015

여기서, Xfi는 PRPD의 FFT 결과 i번째 성분이며, i는 양의 정수이다.Here, X fi is the ith component of the FFT result of PRPD, and i is a positive integer.

도 2를 계속 참조하면, 분석 모듈(123)은 PRPD 특성인자를 활용한 Multi-layer perceptron(MLP) 기반 유사도 학습을 진행한다(단계 S240). MLP 모델은 2개의 perceptron을 한층에 구성하고, 이 2개의 perceptron을 연결하는 새로운 perceptron을 구성한다. 따라서, 입력값을 입력하는 Input layer, 결과가 출력되는 Output layer, 그리고 내부의 층들인 Hidden Layer로 구성된다. 특히, MLP 모델의 경우, 이러한 Hidden Layer가 2개가 된다.Continuing to refer to FIG. 2, the analysis module 123 performs multi-layer perceptron (MLP)-based similarity learning using PRPD characteristic factors (step S240). The MLP model constructs two perceptrons in one layer and constructs a new perceptron connecting these two perceptrons. Therefore, it consists of an input layer that inputs input values, an output layer that outputs results, and a hidden layer that is an internal layer. In particular, in the case of the MLP model, there are two hidden layers.

따라서, 대상 센서 특성인자(Ftarget)와 인근 센서 특성인자(Fnear)의 잠재변수간 거리는 가깝게, 대상 센서 특성인자와 노이즈 센서 특성인자(Fnoise) 간의 거리는 멀게 학습 진행한다.Therefore, the distance between the target sensor characteristic factor (F target ) and the potential variable of the nearby sensor characteristic factor (F near ) is close, and the distance between the target sensor characteristic factor and the noise sensor characteristic factor (F noise ) is learned far.

이때, 손실 함수를

Figure pat00016
(여기서, β는 가중치이다)로 선정하고 이를 최소화하는 방향으로 Adam Optimizer 기반으로 학습 진행한다.At this time, the loss function is
Figure pat00016
(here, β is the weight) is selected and learning is performed based on Adam Optimizer in the direction of minimizing it.

이후, 이러한 학습에 따라 유사도 결과가 산출되면, 분석 모듈(123)은 유사도 결과를 통해 부분 방전이 발생했는지 아니면 단순한 노이즈 발생인지를 판단하고, 이 결과를 출력부(124)에 알림정보로 출력한다. 알림 정보는 그래픽, 문자, 및 음성의 조합이 될 수 있다.Afterwards, when the similarity result is calculated according to this learning, the analysis module 123 determines whether partial discharge or simple noise has occurred based on the similarity result, and outputs this result as notification information to the output unit 124. . Notification information may be a combination of graphics, text, and voice.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 데이터 획득 단계를 세분화한 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 센서 데이터의 획득 단계는, 인근 센서 PRPS 신호 획득, 타겟 센서 PRPS 신호 획득, 노이즈 센서 PRPS 신호 획득 과정을 포함한다(단계 S301,S302,S303).Figure 3 is a flowchart detailing the sensor data acquisition steps according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the sensor data acquisition step includes the processes of acquiring a nearby sensor PRPS signal, acquiring a target sensor PRPS signal, and acquiring a noise sensor PRPS signal (steps S301, S302, and S303).

나머지 단계(S310,S320,S330)는 도 2에서 이미 설명하였으므로, 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.Since the remaining steps (S310, S320, and S330) have already been described in FIG. 2, further description will be omitted.

이후, 분석 모듈(123)은 유사도 결과를 판단한다(단계 S340). 판단 결과, 단계 S340에서 인근 센서 PRPS 신호 획득, 타겟 센서 PRPS 신호 획득, 노이즈 센서 PRPS 신호에 따른 유사도가 일정 조건을 충족하면, 부분 방전(PD)으로 판단한다(단계 S350).Afterwards, the analysis module 123 determines the similarity result (step S340). As a result of the determination, if the similarity according to the nearby sensor PRPS signal acquisition, target sensor PRPS signal acquisition, and noise sensor PRPS signal in step S340 satisfies a certain condition, partial discharge (PD) is determined (step S350).

이와 달리, 분석 모듈(1230은 단계 S340에서 인근 센서 PRPS 신호 획득, 타겟 센서 PRPS 신호 획득, 노이즈 센서 PRPS 신호에 따른 유사도가 일정 조건을 충족하지 않으면, 노이즈로 판단한다(단계 S340). 이러한 일정 조건에 대해서는 도 8에 도시되어 있으며, 후술하기로 한다.In contrast, the analysis module 1230 determines it as noise if the similarity according to the nearby sensor PRPS signal acquisition, target sensor PRPS signal acquisition, and noise sensor PRPS signal does not meet certain conditions in step S340 (step S340). These certain conditions is shown in FIG. 8 and will be described later.

도 4는 도 2에 도시된 센서 데이터의 일예시이다. 도 4를 참조하면, 센서 데이터는 PRPS 데이터가 된다. PRPS 데이터는 시간 및 위상 축으로 구성된 2차원 데이터로서 상기 부분 방전의 파형 특징을 나타내기 위해, 시계열로 취득된 데이터를 전류 위상에 맞추어 재정렬되는 데이터이다. 따라서, 개폐기 대상 신호의 내/외부를 비교하기 위해, 부분 방전 판정을 목표로 하는 타겟 센서, 그 인근 센서, 타겟 센서와 가까운 위치에 있는 노이즈 센서로부터 PRPS 데이터를 획득한다. PRPS 데이터(400)의 가로축은 시간(단위는 초이다)이고, 세로축은 위상을 나타낸다.FIG. 4 is an example of sensor data shown in FIG. 2. Referring to FIG. 4, sensor data becomes PRPS data. PRPS data is two-dimensional data composed of time and phase axes, and is data obtained in time series and rearranged according to the current phase to represent the waveform characteristics of the partial discharge. Therefore, in order to compare the inside/outside of the target signal of the switch, PRPS data is acquired from the target sensor aiming at partial discharge determination, a nearby sensor, and a noise sensor located close to the target sensor. The horizontal axis of the PRPS data 400 represents time (unit is seconds), and the vertical axis represents phase.

도 5는 도 2에 도시된 다중 PRPS 시간 방향 사영을 통한 PRPD 데이터(500)의 획득 개념도이다. 도 5를 참조하면, PRPS 데이터(400)에 가중치 사영을 적용하여 PRPD 데이터(500)를 생성한다. PRPS 데이터의 위상 특징을 집중하여 보기 위해, 시간방향으로 사영하여 PRPD 형태로 나타낸다. 시간방향으로 사영하는 과정에서, PRPS 데이터의 단순 중첩이 아닌 특정 위상 시점에서 1분 동안 관측되는 PRPS 데이터의 수와 최고 크기를 곱하여 특정 위상에서의 크기와 데이터 수가 강조될 수 있도록 사영한다. 도 5의 PRPD 데이터(500)에서 가로축은 위상(Phase)이고, 세로축은 엔트로피를 나타낸다.FIG. 5 is a conceptual diagram of acquiring PRPD data 500 through multiple PRPS temporal projections shown in FIG. 2. Referring to FIG. 5, PRPD data 500 is generated by applying a weighted projection to the PRPS data 400. In order to focus on the phase characteristics of PRPS data, it is projected in the time direction and expressed in PRPD form. In the process of projecting in the time direction, rather than simply overlapping PRPS data, the number of PRPS data observed for 1 minute at a specific phase is multiplied by the highest size, and the size and number of data in a specific phase are projected to be emphasized. In the PRPD data 500 of FIG. 5, the horizontal axis represents phase, and the vertical axis represents entropy.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 부분 방전 데이터의 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform) 결과를 보여주는 그래프이다. 도 6을 참조하면, 도 5에서 획득된 PRPD 데이터(500)가 부분 방전 데이터인 경우이다. 가로축은 주파수이고, 세로축은 크기를 나타낸다. 부분 방전의 경우, 좌측에 음영된 부분처럼 피크가 한번 발생한 이후로 거의 평탄한 형태이다.Figure 6 is a graph showing the results of Fast Fourier Transform of partial discharge data according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the PRPD data 500 obtained in FIG. 5 is partial discharge data. The horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents size. In the case of partial discharge, it is almost flat after the peak occurs once, as shown in the shaded area on the left.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 노이즈 데이터의 고속 푸리에 변화 결과를 보여주는 그래프이다. 도 7을 참조하면, 도 5에서 획득된 PRPD 데이터(500)가 노이즈 데이터인 경우이다. 노이즈의 경우, 우측에 음영된 부분처럼 크고 작은 피크가 여러번 발생한다.Figure 7 is a graph showing the results of fast Fourier transformation of noise data according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, this is a case where the PRPD data 500 obtained in FIG. 5 is noise data. In the case of noise, large and small peaks occur several times, as shown in the shaded area on the right.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유사도 학습 모델을 이용한 부분 방전 판단 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 8을 참조하면, PRPD 데이터(500)로부터 인근 센서 특성 인자(Fnear), 타겟 센서 특성 인자(Ftarget), 노이즈 센서 특성 인자(Fnoise)를 추출한다(단계 S801,S802,S803). 이후, 특성 인자(Fnear, Ftarget,Fnoise)를 MLP 모델에 적용하여 학습 진행에 의해 특성 변수(fnear,ftarget,fnoise)를 산출한다(단계 S811,S812,S813). 학습 진행은 손실 함수를

Figure pat00017
(여기서, β는 가중치이다)로 선정하고 이를 최소화하는 방향으로 Adam Optimizer 기반으로 이루어진다.Figure 8 is a flowchart showing a partial discharge determination process using a similarity learning model according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, a nearby sensor characteristic factor (F near ), a target sensor characteristic factor (F target ), and a noise sensor characteristic factor (F noise ) are extracted from the PRPD data 500 (steps S801, S802, and S803). Afterwards, the characteristic factors (F near , F target , F noise ) are applied to the MLP model to calculate the characteristic variables (f near , f target , f noise ) through learning (steps S811, S812, S813). The learning process uses the loss function
Figure pat00017
(here, β is the weight) is selected and minimized based on Adam Optimizer.

이러한 학습의 결과로서, 인근 센서 특성 변수(fnear), 타겟 센서 특성 변수(ftarget), 노이즈 센서 특성 변수(fnoise)가 생성된다. As a result of this learning, a nearby sensor characteristic variable (f near ), a target sensor characteristic variable (f target ), and a noise sensor characteristic variable (f noise ) are created.

이후, 학습된 모델로부터 산출된 특성 변수(fnear,ftarget,fnoise)간 거리를 통해, 부분 방전인지 또는 노이즈인지를 판정한다(단계 S820). 부연하면, 특성 변수간 거리를 비교해 인근 센서와 가까울 경우 부분 방전으로, 노이즈 센서와 가까울 경우 노이즈로 판단한다(단계 S821,S830). 이를 위해, 판단 조건은 다음과 같다.Afterwards, it is determined whether it is a partial discharge or noise through the distances between the characteristic variables (f near , f target , f noise ) calculated from the learned model (step S820). To elaborate, the distance between characteristic variables is compared, and if it is close to a nearby sensor, it is judged as partial discharge, and if it is close to a noise sensor, it is judged as noise (steps S821 and S830). For this purpose, the judgment conditions are as follows.

Figure pat00018
Figure pat00018

부연하면, 분석 모듈(123)은 인근 센서 특성 변수(fnear)와 타겟 센서 특성 변수(ftarget)간의 거리가 노이즈 센서 특성 변수(fnoise)와 타겟 센서 특성 변수(ftarget)간의 거리보다 작으면 부분 방전으로 판단하고, 인근 센서 특성 변수(fnear)와 타겟 센서 특성 변수(ftarget)간의 거리가 노이즈 센서 특성 변수(fnoise)와 타겟 센서 특성 변수(ftarget)간의 거리보다 크면 노이즈로 판단한다.In other words, the analysis module 123 determines that the distance between the nearby sensor characteristic variable (f near ) and the target sensor characteristic variable (f target ) is smaller than the distance between the noise sensor characteristic variable (f noise ) and the target sensor characteristic variable (f target ). It is judged to be a partial discharge, and if the distance between the nearby sensor characteristic variable (f near ) and the target sensor characteristic variable (f target ) is greater than the distance between the noise sensor characteristic variable (f noise ) and the target sensor characteristic variable (f target ), it is considered noise. judge.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 유사도 분석을 활용한 유저 인터페이스 구성예이다. 도 9를 참조하면, 유저 인터페이스 구성예에서 상부 화면(900)에는 단선도 및 센서(911,912,913)의 선택이 표시된다. 부연하면, 상부 화면(900)에는 버스(930)에 연결되는 개폐기(901)가 표시되고, 이 개폐기(901)를 기준으로 인근 센서(911), 타겟 센서(912), 노이즈 센서(913)가 배치된다. 또한, 버스(930)는 65버스(931)와 60버스(932)로 구성된다.Figure 9 is an example of a user interface configuration using similarity analysis according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, in a user interface configuration example, a single line diagram and selection of sensors 911, 912, and 913 are displayed on the upper screen 900. To elaborate, the upper screen 900 displays a switch 901 connected to the bus 930, and based on this switch 901, a nearby sensor 911, a target sensor 912, and a noise sensor 913 are displayed. It is placed. Additionally, the bus 930 consists of a 65 bus 931 and a 60 bus 932.

한편, 하부 화면(9920)에는 센서 간 유사도 정보로 표현한 유사도 행렬이 표시된다. 즉, 열에는 순서대로 노이즈 센서(913), 인근 센서(911), 타겟 센서(912)가 되고, 행에는 순서대로 노이즈 센서(913), 인근 센서(911), 타겟 센서(912)가 된다.Meanwhile, the lower screen 9920 displays a similarity matrix expressed as similarity information between sensors. That is, the columns include the noise sensor 913, the neighborhood sensor 911, and the target sensor 912 in that order, and the rows include the noise sensor 913, the neighborhood sensor 911, and the target sensor 912 in that order.

부연하면, 수학식 6의 내용은 직접적으로 PD인지 노이즈 인지를 판단함에 반해, 유사도 행렬은 다른 가능 사용례 중 하나를 보여주는 것이다. 즉, 서로 다른 두 개 센서 선택 시(예: 913, 911) 각각에서 추출된 정보(f_noise, f_near)간의 거리를 통계 거리(mahalanobis distance)를 통해 산출하고, 이후 정규분포 함수(gaussian distribution probability density function)로 맵핑(mapping)하여 유사도를 산출한 결과이다.To elaborate, while the content of Equation 6 directly determines whether it is PD or noise, the similarity matrix shows one of other possible use cases. That is, when two different sensors are selected (e.g., 913, 911), the distance between the information (f_noise, f_near) extracted from each is calculated through the statistical distance (mahalanobis distance), and then the normal distribution function (gaussian distribution probability density function) ) This is the result of calculating the similarity by mapping.

한편, 기존 온라인 단일 센서 데이터로 판단하지 못하는 PD와 유사한 위상 특성을 보이는 노이즈에 대해 강건한 PD 진단 가능하다. 부연하면, 단일 센서의 한계로 인한 PD 오 감지 확률은 약 40%이고, 기존 오 감지 데이터 대상 다중 센서 데이터의 비교를 통한 PD 추가 감지 확률은 83.75%이고, 다중 센서를 활용한 PD 감지 확률 상승분은 0.4*0.8375 =약 33.5%이 된다.Meanwhile, it is possible to diagnose PD robustly against noise that shows phase characteristics similar to PD, which cannot be determined using existing online single sensor data. To elaborate, the probability of PD false detection due to the limitations of a single sensor is about 40%, the probability of additional PD detection through comparison of existing false detection data and multi-sensor data is 83.75%, and the increase in PD detection probability using multiple sensors is 0.4*0.8375 = approximately 33.5%.

또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 마이크로프로세서, 프로세서, CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 (명령) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. Additionally, the steps of the method or algorithm described in relation to the embodiments disclosed herein are implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means such as a microprocessor, processor, CPU (Central Processing Unit), etc., and are computer readable. Can be recorded on any available medium. The computer-readable medium may include program (instruction) codes, data files, data structures, etc., singly or in combination.

상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다. The program (instruction) code recorded on the medium may be specially designed and constructed for the present invention, or may be known and usable by those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROM, DVD, and Blu-ray, and ROM and RAM. Semiconductor memory elements specially configured to store and execute program (instruction) code, such as RAM), flash memory, etc., may be included.

여기서, 프로그램 (명령) 코드의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Here, examples of program (instruction) code include not only machine language code such as that created by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

100: 부분 방전 감지 시스템
110: 센서계
120: 단말기
121: 획득부
122: 추출 모듈
123: 분석 모듈
124: 출력부
130: 저장부
901: 개폐기
911: 인근 센서
912: 타겟 센서
913: 노이즈 센서
911: 타겟 센서
100: Partial discharge detection system
110: sensor system
120: terminal
121: Acquisition department
122: Extraction module
123: Analysis module
124: output unit
130: storage unit
901: Switchgear
911: Nearby sensor
912: Target sensor
913: Noise sensor
911: Target sensor

Claims (16)

배전선로 개폐기(901)를 센싱하여 다수의 센서 데이터를 생성하는 센서계(110);
상기 센서계(110)로부터 획득되는 다수의 상기 센서 데이터를 특성 데이터로 변환하고 상기 특성 데이터를 이용하여 상기 배전선로 개폐기(901)에 대해 부분 방전이 발생했는지 또는 노이즈가 발생했는지를 판단하는 단말기(120); 및
상기 센서계(110)와 상기 단말기(120)를 통신 연결하는 네트워크(10);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템.
A sensor system (110) that generates a plurality of sensor data by sensing the distribution line switch (901);
A terminal ( 120); and
A network 10 that communicates and connects the sensor system 110 and the terminal 120;
A partial discharge detection system utilizing sensor data, comprising:
제 1 항에 있어서,
상기 센서계(110)는,
상기 배전선로 개폐기(901)의 내부면에 설치되는 인근 센서(911);
상기 배전선로 개폐기(901)측을 향해 설치되며 상기 부분 방전의 발생을 판정하기 위한 타겟 센서(912); 및
상기 배전선로 개폐기(901)의 외부면에 설치되며 상기 타겟 센서(912)와 근접하게 설치되는 노이즈 센서(913); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템.
According to claim 1,
The sensor system 110,
A nearby sensor 911 installed on the inner surface of the distribution line switch 901;
a target sensor 912 installed toward the distribution line switch 901 to determine occurrence of the partial discharge; and
A noise sensor 913 installed on the outer surface of the distribution line switch 901 and close to the target sensor 912; A partial discharge detection system utilizing sensor data, comprising:
제 1 항에 있어서,
다수의 상기 센서 데이터는 시간 및 위상축으로 구성되는 2차원의 PRPS 데이터로서, 상기 부분 방전의 파형 특징을 나타내기 위해, 전류 위상에 맞추어 재정렬되는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템.
According to claim 1,
A plurality of the sensor data is two-dimensional PRPS data consisting of time and phase axes, and is rearranged according to the current phase to indicate the waveform characteristics of the partial discharge. Partial discharge detection system utilizing sensor data.
제 3 항에 있어서,
상기 특성 데이터는 PRPS 데이터의 위상 특징을 집중하여 보기 위해, 시간방향으로 사영하여 변환되는 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 데이터인 것을 특징으로 하는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템.
According to claim 3,
The characteristic data is PRPD (Phase Resolved Partial Discharge) data that is projected and converted in the time direction in order to focus on the phase characteristics of the PRPS data. A partial discharge detection system utilizing sensor data.
제 4 항에 있어서,
상기 사영은 상기 PRPS 데이터의 단순 중첩이 아닌 특정 위상 시점에서 일정 시간 동안 관측되는 상기 PRPS 데이터의 수와 최고 크기를 곱하여 특정 위상에서의 크기와 수가 강조되는 사영인 것을 특징으로 하는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템.
According to claim 4,
The projection is not a simple overlap of the PRPS data, but is a projection in which the size and number in a specific phase are emphasized by multiplying the number and maximum size of the PRPS data observed for a certain time at a specific phase point in time. Partial discharge using sensor data Detection system.
제 4 항에 있어서,
상기 단말기(120)는,
상기 센서 데이터를 획득하는 획득부(121);
상기 PRPD 데이터를 이용하여 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 기반 특성 인자를 추출하는 추출 모듈(122); 및
상기 특성 인자를 MLP(Multi-layer perceptron)에 적용하여 유사도 결과를 생성하고, 상기 유사도 결과를 이용하여 상기 배전선로 개폐기(901)에 대해 부분 방전이 발생했는지 또는 노이즈가 발생했는지를 판단하는 분석 모듈(123);을 포함하며, 상기 특성 인자는 왜도, 첨도, 엔트로피, 및 FFT (Fast Fourier Transform) 비율로 이루어지는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템.
According to claim 4,
The terminal 120,
An acquisition unit 121 that acquires the sensor data;
An extraction module 122 that extracts PRPD (Phase Resolved Partial Discharge)-based characteristic factors using the PRPD data; and
An analysis module that generates a similarity result by applying the characteristic factor to an MLP (Multi-layer perceptron) and determines whether partial discharge or noise has occurred in the distribution line switch 901 using the similarity result. (123); A partial discharge detection system utilizing sensor data, wherein the characteristic factors include skewness, kurtosis, entropy, and FFT (Fast Fourier Transform) ratio.
제 6 항에 있어서,
상기 왜도는 수학식
Figure pat00019
(여기서, X : PRPD 데이터, μ: 평균, σ: 표준편차, E[] : 기댓값)으로 정의되는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템.
According to claim 6,
The skewness is expressed by the equation
Figure pat00019
(Where,
제 7 항에 있어서,
상기 첨도는 수학식
Figure pat00020
으로 정의되는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템.
According to claim 7,
The kurtosis is expressed by the equation
Figure pat00020
A partial discharge detection system utilizing sensor data, characterized in that it is defined as:
제 6 항에 있어서,
상기 엔트로피는 수학식
Figure pat00021
(여기서,
Figure pat00022
, X는 PRPD 데이터, i는 양의 정수이다)으로 정의되는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템.
According to claim 6,
The entropy is expressed by the equation
Figure pat00021
(here,
Figure pat00022
, X is PRPD data, and i is a positive integer).
제 6 항에 있어서,
상기 FFT 비율은 수학식
Figure pat00023
( 여기서, Xfi는 PRPD의 FFT 결과 i번째 성분이며, i는 양의 정수이다)으로 정의되는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템.
According to claim 6,
The FFT ratio is expressed by the equation
Figure pat00023
(Where ,
제 6 항에 있어서,
상기 특성 인자중 타겟 센서 특성인자( )와 인근 센서 특성인자( )간의 제 1 거리는 미리 설정되는 기본 거리로 설정되고, 상기 타겟 센서 특성인자( )와 노이즈 센서 특성인자( ) 간의 제 2 거리는 상기 기본 거리보다 멀게 설정되는 것을 특징으로 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템.
According to claim 6,
Among the above characteristic factors, the target sensor characteristic factor ( ) and nearby sensor characteristic factors ( The first distance between ) is set to a preset basic distance, and the target sensor characteristic factor ( ) and noise sensor characteristic factors ( ) Partial discharge detection system utilizing sensor data, wherein the second distance is set to be farther than the basic distance.
제 6 항에 있어서,
상기 분석 모듈(123)은 수학식
Figure pat00028
(여기서, (fnear)는 인근 센서 특성 변수, (ftarget)는 타겟 센서 특성 변수, (fnoise)는 노이즈 센서 특성 변수이며, β는 가중치이다)을 이용하여 상기 부분 방전이 발생했는지 또는 상기 노이즈가 발생했는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템.
According to claim 6,
The analysis module 123 uses the equation
Figure pat00028
(Here, (f near ) is a nearby sensor characteristic variable, (f target ) is a target sensor characteristic variable, (f noise ) is a noise sensor characteristic variable, and β is a weight) to determine whether the partial discharge has occurred or A partial discharge detection system utilizing sensor data that determines whether noise has occurred.
제 12 항에 있어서,
상기 분석 모듈(123)은 상기 인근 센서 특성 변수(fnear)와 상기 타겟 센서 특성 변수(ftarget)간의 제 1 거리가 상기 노이즈 센서 특성 변수(fnoise)와 상기 타겟 센서 특성 변수(ftarget)간의 제 2 거리보다 작으면 상기 부분 방전으로 판단하고, 상기 인근 센서 특성 변수(fnear)와 상기 타겟 센서 특성 변수(ftarget)간의 상기 제 1 거리가 상기 노이즈 센서 특성 변수(fnoise)와 상기 타겟 센서 특성 변수(ftarget)간의 상기 제 2 거리보다 크면 노이즈로 판단하는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템.
According to claim 12,
The analysis module 123 determines that the first distance between the nearby sensor characteristic variable (f near ) and the target sensor characteristic variable (f target ) is the noise sensor characteristic variable (f noise ) and the target sensor characteristic variable (f target ). If it is less than the second distance between, it is determined as the partial discharge, and the first distance between the nearby sensor characteristic variable (f near ) and the target sensor characteristic variable (f target ) is the noise sensor characteristic variable (f noise ) and the A partial discharge detection system utilizing sensor data, characterized in that it is judged as noise if it is greater than the second distance between target sensor characteristic variables (f target ).
제 6 항에 있어서,
상기 분석 모듈(123)은 상기 배전선로 개폐기(901)의 단선도, 상기 인근센서(911), 상기 타겟 센서(912), 및 상기 노이즈 센서(913)의 선택을 유저 인터페이스의 상부 화면(900)에 표시하는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템.
According to claim 6,
The analysis module 123 selects the single-line diagram of the distribution line switch 901, the neighborhood sensor 911, the target sensor 912, and the noise sensor 913 on the upper screen 900 of the user interface. A partial discharge detection system utilizing sensor data, characterized in that the display.
제 6 항에 있어서,
상기 분석 모듈(123)은 상기 인근센서(911), 상기 타겟 센서(912), 및 상기 노이즈 센서(913)간 유사도 정보를 유저 인터페이스의 하부 화면(920)에 표시하는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 시스템.
According to claim 6,
The analysis module 123 utilizes sensor data to display similarity information between the neighborhood sensor 911, the target sensor 912, and the noise sensor 913 on the lower screen 920 of the user interface. Partial discharge detection system.
(a) 센서계(110)가 배전선로 개폐기(901)를 센싱하여 다수의 센서 데이터를 생성하는 단계;
(b) 상기 센서계(110)와 네트워크(10)를 통해 통신 연결되는 단말기(120)가 상기 센서계(110)로부터 획득되는 다수의 상기 센서 데이터를 특성 데이터로 변환하는 단계; 및
(c) 단말기(120)가 상기 특성 데이터를 이용하여 상기 배전선로 개폐기(901)에 대해 부분 방전이 발생했는지 또는 노이즈가 발생했는지를 판단하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 데이터 활용 부분 방전 감지 방법.
(a) the sensor system 110 generating a plurality of sensor data by sensing the distribution line switch 901;
(b) converting a plurality of sensor data obtained from the sensor system 110 into characteristic data by a terminal 120 connected to the sensor system 110 through a network 10; and
(c) the terminal 120 determining whether partial discharge or noise has occurred in the distribution line switch 901 using the characteristic data;
Partial discharge detection method using sensor data, comprising:
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