KR950004833B1

KR950004833B1 - 전력계의 역률 계측 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR950004833B1
Application number: KR1019920014584A
Authority: KR
Inventors: 이진
Original assignee: 금성산전 주식회사; 이희종
Priority date: 1992-08-13
Filing date: 1992-08-13
Publication date: 1995-05-13
Also published as: KR940004330A

Abstract

내용 없음.

Description

전력계의 역률 계측 방법 및 그 장치

제1도는 종래 전력계의 역률 측정 장치의 블럭도.

제2도는 제1도에 있어서, 각부의 신호 파형도.

제3도는 본 발명 전력계의 역률 계측 장치의 블록도.

제4도는 제3도에 있어서, 각부의 신호 파형도.

제5도는 본 발명에 다른 역률 계측시 신호 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,11 : 전위 검출부 2,12 : 전류검출부

3,13 : 저역 통과 필터 4,14 : 파형 정형부

5,15 : 중앙처리장치 6,16 : 분압 회로

17 : 샘플/홀드부 18 : 아날로그 스위치부

19 : 아날로그-디지탈 변환부 20 : 역류 표시부

comp₁,comp₂,comp₁₁: 비교기 IN₁: 안버터

PT : 전위 트랜스 CT : 전류 트랜스

SW₁-SW₄: 스위치 R₁-R₅,R₁₁-R₁₄: 저항

C₁-C₃: 콘덴서

본 발명은 전력게의 역률 측정에 과한 것으로 특히, 고조파가 포함된 전류, 전압의 기본파에 대해 전압과 전류간 위상차를 측정하여 진상/지상 역률을 정확히 판정하는 전력계의 역률계측 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

제1도는 종래 전력계의 역률 측정장치의 블럭도로서 이에 도시된 바와 같이, 변압기(PT)로 전압(V₁)을 검출하는 전압 검출부(1)와, 전류 트랜스(CT)로 전류를 검출하여 저항(R₁)을 통해 전압(V₂)으로 변환하는 전류 검출부(2)와, 상기 전압 검출부(1)의 출력(V₁)과 전류 검출부(2)의 출력(V₂)에서 고조파를 제거하여 기본파를 추출하는 저역 통과 필터(3)와, 전압(Vcc)을 저항(R₂)(R₃)을 통해 분압(V₃)하는 분압 회로(6)와, 이 분압 회로(6)의 출력(V₃)과 상기 저역 통과 필터(3)의 출력(V'₁)(V'₂)을 비교기(comp₁), (comp₂)에서 각기 비교하여 파형 정형한 신호(V₄)(V₅)를 출력하는 파형 정형부(4)와, 이 파형 정형부(5)의 출력(V₄)(V₅)을 입력받아 위상차(θ)를 연산하여 주기(T)를 측정하는 중앙처리장치(5)로 구성된다.

도면의 미설명 부호 R₄,R₅는 풀업 저항이다.

이와 같이 구성된 종래 회로의 동작 과정을 제2도 각부의 신호파형도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 변압기 (PT)를 통해 검출된 제2도(a)에 도시된 바와 같은 전압 검출(1)의 전압(V₁)과 전류 트랜스(CT)를 통해 검출된 전류가 저항(R₁)에서 변환된 제2도(c)에 도시된 바와 같은 전류 검출부(2)의 전압(V₂)은 고조파를 제거하는 저역 통과 필터(3)에 출력된다.

이때, 전압 검출부(1)의 출력(V₁)과 전류 검출부(2)의 출력(V₂)을 입력받은 저역 통과 필터(3)는 각 신호에 포함된 고주파 성분을 제거하여 제2도 (b)(d)에 도시된 바와 같은 기본파(V'₁)(V'₂)를 파형 정형부(4)에 출력하고 분말 회로(6)는 전압(Vcc)를 저항 (R₂)(R₃)에서 분압하여 이 분압(V₃)을 상기 파형 정형부(4)에 출력한다.

따라서, 파형 정형부(4)는 저역 통과 필터(3)의 출력(V'₁)(V'₂)을 비교기(comp₁) (comp₂)에서 분압 회로(6)의 출력(V₃)과 각기 비교하여 파형 정형하고 풀업저항(R₄) (R₅)을 통해 제2도 (e)(f)에 도시된 바와 같은 구형파(V₄)(V₅)를 중앙처리장치(5)에 출력한다. 이에 따라, 중앙처리장치(5)는 파형 정형부(4)의 출력(V₄)(V₅)의 위상차(θ)를 연산하고 전압신호(V₄)의 주기(T)를 측정하며 상기 전압 신호(V₄)의 변환점으로부터 전류 신호(V₅)의 변환점까지의 시간(△T)을 측정하여 역률(PF)를 연산한다.

이때, 위상차(θ)와 역률(PF)을 식으로 표시하면 다음과 같다.

그러나, 실제 역률은으로 표시하고 고조파 전류가 있는 경우 피상

전력이 증가함으로 아래와 같은 식으로 표시된다.

i=Asin(wt)+Bsin(nwt)

여기서, W=2πf, f:주파수, t:시간이며 I'rms는 기본파에 대한 실효 전류이다.

따라서, 종래 회로는 기계식 역률계를 사용하여 전류, 전압의 기본파에 대한 위상 관계에 따라 역률을 판별하는데, 전력계에 접속되는 부하의 다양화로 전류에 고주파 성분이 매우 커질 경우 고조파 전류분이 모두 무효 전력이 되어 역률을 저하시킨다. 그러나, 종래 회로는 고조파 전류를 제거한 후 역률을 측정함으로 측정치와 실제치가 일치하지 않는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 고주파 성분을 포함하는 경우에도 다수의 샘플링(sampling)에 의해 유효전력과 무효전력을 직접 측정하고 전류를 90°시프트한 기본파에 대한 무효전력을 측정함으로써 기본파에 대한 역률값과 진상, 지상 정보 및 고조파의 영향을 포함한 역률을 정확히 측정하는 전력계의 역률 계측 방법 및 그 장치를 창안한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명 전력계의 역률 계측 장치의 블럭도로서 이에 도시한 바와 같이, 변압기(PT)로 전압(V₁)을 검출하는 전압 검출부(11)와, 전류 트랜스(CT)로 전류를 검출하여 저항(R₁₁)을 통해 전압(V₂)으로 출력하는 전류 검출부(12)와, 저항(R₁₅) 및 콘덴서(C₁)으로 구성하여 상기 전압 검출부(11)의 출력(V₁)에서 고조파를 제거하는 저역 통과 필터(13)와, 저항(R₁₂)(R₁₃)을 통해 전압(Vcc)를 분압하는 분압회로(16)와, 비교기(comp₁₁) 및 풀업저항(R₁₄)으로 구성하여 상기 분압회로(16)의 출력(V_B)과 저역 통과 필터(13)의 출력(V₃)을 비교하여 파형 정형하는 파형정형부(14)와, 상기 전압검출부(11)의 출력(V₁) 및 전류검출부(12)의 출력(V₂)을 스위칠 신호(V₇)에 따라 샘플, 홀드하는 샘플, 홀드부(17)와, 이 샘플 홀드부(17)의 출력(V'₁)(V'₂)을 스위칭신호(V₆)에 따라 선택하는 아날로그 스위치부(18)와, 이 아날로그 스위치부(18)의 출력(V₅)을 디지탈 신호(V₈)로 변환하는 아날로그-디지탈 변환부(19)와, 상기 파형 정형부(14)의 출력(V₄)과 아날로그-디지탈 변환부(19)의 출력(V₈)을 입력받아 기본파의 전압, 전류간 위상차에 대한 역률을 계측하고 이 역률값을 역률표시부(20)에 표시하는 중앙처리장치(15)로 구성한 것으로, 상기 샘플, 홀드부(17)는 중앙처리장치(17)의 스위칭신호(V₇)에 의해 절환되는 스위치(SW₁)(SW₂)와, 이 스위치(SW₁)(SW₂)의 출력(V'₁)(V'₂)에 일측이 접지된 콘덴서(C₂)(C₃)의 타측을 각기 접속하여 구성하고, 상기 아날로그 스위치부(18)는 중앙처리장치(15)의 스위칭신호(V₆)에 따라 절환되는 스위치(SW_4A)와, 상기 신호(V₀)가 인버터(IN₁)를 통해 반점됨에 따라 절환되는 스위치(SW₃)로 구성한다.

이와 같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 제4도 각부의 신호 파형도, 제5도 역률 계측시 신호 흐름도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전압 검출부(11)는 변압기(PT)를 통해 제4도(a)에 도시한 바와 같이 전압(V₁)을 검출하고 전류 검출부(12)는 전류 트랜스(CT)를 통해 전류를 검출하여 저항(R₁₁)을 통해 제4도(b)에 도시한 바와 같은 전압(V₂)으로 변환하며, 상기 전압 검출부(11)의 출력(V₁)을 입력받은 저역 통과 필터(13)는 저항(R₁₅) 및 콘덴서(C₁)를 통해 고조파를 제거한 신호(V₃)를 파형 정형부(14)에 출력한다.

이때, 분압회로(16)는 저항(R₁₂)(R₁₃)에 의해 전압(Vcc)을 분압한 신호(V_B)를 파형 정형부(14)에 출력하고 상기 파형 정형부(14)는 상기 분압회로(16)의 출력(V_B)과 저역 통과 필터(13)의 출력(V₃)을 비교기(comp₁₁)에서 비교하여 파형 정형하고 풀업저항 (R₁₄)를 통해 풀업시킨 제4도(c)에 도시한 바와같은 신호(V⁺)를 중앙처리장치(15)에 출력한다.

따라서, 파형 정형부(14)의 출력(V₄)을 입력받은 중앙처리장치(15)는 전압의 상승 에지를 검출하면 내부 타이머를 동작시켜 다음번 상승 에지까지의 주기(T)를 측정하고 설정된 샘플링 횟수(N)로 상기 주기(T)를 나누어 샘플링 주기(△T)에 따른 전압과 전류값의 계수횟수(count=2×N)를 설정한다.

한편, 전압 검출부(11)의 출력(V₁)과 전류 검출부(12)의 출력(V₂)을 입력받은 샘플, 홀드부(17)는 중앙 처리장치(15)의 제4도(e)에 도시한 바와 같이 스위칭신호(V₇)가 입력함에 따라 스위치(SW₁)(SW₂)가 전환되어 샘플링하고 콘덴서(C₂)(C₃)에 충전시켜 홀딩한 신호(V'₁)(V'₂)를 아날로그 스위치부(18)에 출력한다.

이때 제4도(f)에 도시한 바와 같이 중앙처리장치(15)의 스위칭 신호(V₆)가 아날로그 스위치부(18)에 입력되어 스위치(SW₄)는 직접 제어하고 스위치(SW₃)는 인버터 (IN₁)를 통해 반전된 신호로 제어함으로 샘플, 홀드부(17)의 출력(V'₁)(V'₂)은 상기 스위칭신호(V₆)의 전위에 따라 교대로 선택 출력되고 이 선택된 신호(V₅)는 아날로그-디지탈 변환부(19)에서 디지털신호(V₈)로 변환되어 중앙처리장치(15)에 출력한다.

따라서, 중앙처리장치(15)는 스위칭신호(V₇)를 샘플홀드부(17)에 1주기(△T)동안 출력할 때 스위칭신호(V₆)를 아날로그 스위치부(18)에 출력하여 전압 및 전류값 (V'₁)(V'₂)을 아날로그-디지탈변환부(19)에 출력시키고, 상기 중앙처리장치(15)는 스위칭신호(V₇)(V₆)를 출력하여 상기 아날로그-디지탈 변환부(19)의 출력(V₈)이 입력할 때 마다 계수값(count)을 1씩 감소시킨후 상기 계수값(count)이0이 되면 전압(V₁)의 주기(T) 동안 입력되어 저장된 각기 N개의 전압과 전류값을 연산하여 역률을 계산한후 표시제어신호(V₉)를 역률표시부(20)에 출력한다.

즉, 아날로그-디지탈 변환부(19)의 출력(19)을 입력받은 중앙처리장치(15)가 역률을 계산함에 따라 아래와 같은 식을 연산한다.

이때, 중앙처리장치(15)는 기본파에 대한 무효전력(Q_b)이0보다 크면 (Q_b>0) 역률(PF)을 지상역률로 판별하고0보다 작으면 (Q_b<0) 역률(PF)을 진상역률로 판별함에 따라 표시제어신호(V₉)를 역률 표시부(20)에 출력하여 역률값을 표시한다.

여기서, 무효전력을 상기 식(3)에 따라 계산하면 지상, 진상에 따라 Q_b의 부호는 반대로 표시된다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 고주파 성분을 포함하는 경우에도 정확한 역률을 측정하고 기본파에 따른 진상, 지상역률을 판별함에 따라 피상 전력중의 유효전력을 정확히 계산하여 전력 에너지의 이용 효율을 항상시키는 효과가 있다.

Claims

전압의 상승 에지부터 다음번 상승 에지까지의 주기(T)를 계측하여 이 주기(T)를 계수횟수(N)로 나누어 샘플링 주기(△T)를 연산하는 제1단계와, 설정된 횟수( count=2×N)에 따라 전압 및 전류값을 계측하여 저장하는 제2단계와, 제2단계에서 저장한 값을 연산하여 유효전력(P), 기본파에 대한 무효전력(Q_b), 실효치전압(Vrms) 및 전류(Irms)와 역률(PF)을 계산하는 제3단계와, 제3단계에서 무효전력(Q_b)의 부호에 따라 진상 또는 지상 역률을 계산하고 표시하는 제4단계를 특징으로 하는 전력계의 역률 계측 방법.
제1항에 있어서, 무효전력(Q_b)이0보다 크면 지상 역률,0보다 작으면 진상 역률로 판별하는 것을 특징으로 하는 전력계의 역률 계측 방법.
전압(V₁)을 검출하는 전압검출부(11)와, 전류를 검출하여 이에 따른 전압(V₂)을 출력하는 전류 검출부(12)와, 전압(Vcc)을 분압하여 기준전압(V_B)을 출력하는 분압회로(16)와, 상기 전압 검출부(11)의 출력(V₁)에서 고조파를 제거하는 저역 통과 필터 (13)와, 이 저역 통과 필터(13)의 출력(V₃)을 상기 분압회로(16)의 출력(V_B)과 비교하여 파형정형하는 파형 정형부(14)와, 스위칭신호(V₇)에 따라 상기 전압검출부(11)의 출력(V₁)과 전류검출부(12)의 출력(V₂)을 샘플 홀드하는 샐픔홀드부(17)와, 이 샘플홀드부(17)의 출력(V'₁)(V'₂)을 스위칭신호(V₆)에 따라 선택 출력하는 아날로그 스위치부 (18)와, 이 아날로그 스위치부(18)의 출력(V₅)을 디지탈 신호(V₈)로 변환하는 아날로그 -디지탈 변환부(19)와, 상기 파형 정형부(V₄)을 입력받아 샘플링주기(△T)를 연산하고 스위칭신호(V₇)(V₆)를 상기 샘플홀드부(17)와 아날로그 스위치부(18)에 출력함에 따라 상기 아날로그-디지탈 변환부(19)의 출력(V₈)을 입력받아 역률(PF)을 계측하는 중앙처리장치(15)와, 이 중앙처리장치(15)의 표시제어신호(V₉)에 따라 계측한 역률을 표시하는 역률표시부(20)로 구성한 것을 특징으로 하는 전력계의 역률 계측 장치.
제3항에 있어서, 샘플홀드부(17)는 중앙처리장치(15)의 스위칭신호(V₇)에 따라 절환되는 스위치(SW₁)(SW₂)의 출력(V'₁)(V'₂)에 일측이 접지된 콘덴서(C₁)(C₂)의 타측을 각기 접속하여 구성한 것을 특징으로 하는 전력계의 역률 계측 장치.
제3항에 있어서, 아날로그 스위치부(18)는 중앙처리장치(15)의 스위칭신호(V₆)에 따라 절환되는 스위치(SW₄)의 출력과 상기 신호(V₆)가 인버터(IN₁)을 통해 반전된 신호에 따라 절환되는 스위칭(SW₃)의 출력을 공통 접속하여 구성한 것을 특징으로 하는 전력계의 역률 계측 장치.