KR101967754B1 - Multi-channel power measuring system - Google Patents

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Abstract

다채널 전력측정 시스템이 개시된다. 본 발명의 시스템에 의하면, 모선의 전압신호만을 이용하여 복수의 분기회로의 전압을 결정할 수 있으므로, 시스템을 간소화한다. A multi-channel power measurement system is disclosed. According to the system of the present invention, since the voltage of the plurality of branch circuits can be determined using only the voltage signal of the bus line, the system is simplified.

Description

다채널 전력측정 시스템{MULTI-CHANNEL POWER MEASURING SYSTEM}[0001] MULTI-CHANNEL POWER MEASURING SYSTEM [0002]

본 발명은 다채널 전력측정 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a multi-channel power measurement system.

일반적으로, 분전반 또는 배전반은, 하나의 모선(버스)에서 부하별 전력을 배분하기 위한 장치이다. 최근 그린 빌딩이나 지능형 전력관리 시스템에 대한 요구가 증대하면서, 분기되는 선로별 전력을 측정하는 기술에 대한 요구가 증대하고 있다.In general, a distribution board or an electric distribution board is a device for distributing electric power per load from one bus (bus). Recently, there is a growing demand for a green building or an intelligent power management system.

분기선로는, 모선을 같이 사용하는 복수의 전류분기로 도식화할 수 있으며, 이 분기회로의 전력을 측정하기 위해서는 모선의 전압과 각 분기선로의 전류를 곱하여 측정할 수 있다.The branch line can be represented by a plurality of current branches using a common bus. To measure the power of the branch circuit, the voltage of the bus line and the current of each branch line can be measured.

종래의 시스템에서는, 전력측정에서 전압과 전류가 동시에 요구되므로, 각 분기회로마다 전압을 동시에 게측하고, 전류와 벡터곱을 통하여 측정하였다. In the conventional system, the voltage and the current are simultaneously required in the power measurement. Therefore, the voltage is measured at the same time for each branch circuit, and the current and the vector product are measured.

그러나, 실질적으로 동일한 전압을 중복으로 측정하는 것이므로, 하드웨어적 또는 소프트웨어적 낭비가 발생하는 문제점이 있다. However, since substantially the same voltage is measured in duplicate, there is a problem that hardware or software waste occurs.

도 1은 종래의 분기회로에서 전력을 측정하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.1 is an exemplary diagram for explaining a method of measuring power in a conventional branch circuit.

도면에 도시된 바와 같이, 변압기(110)로부터 주차단기(120)를 통해 복수의 분기회로가 분기되는 것을 확인할 수 있다. 종래에서는, 분기차단기(130~190)로부터 부하(136~196)로 연결되는 분기회로에 전압센서(132~192)와 전류센서(134~194)를 각각 배치하고, 전력측정기(138~198)가 전압센서(132~192)와 전류센서(134~194)로부터 측정된 전압과 전류를 곱하여 각 부하(136~196)에서 소모되는 전력을 측정하였다.As shown in the figure, it can be seen that a plurality of branch circuits are branched from the transformer 110 through the parking short-circuit 120. [ The voltage sensors 132 to 192 and the current sensors 134 to 194 are disposed in the branch circuit connected from the branch circuit breakers 130 to 190 to the loads 136 to 196, Measured the power consumed in each of the loads 136 to 196 by multiplying the measured voltage and current from the voltage sensors 132 to 192 and the current sensors 134 to 194.

그러나, 이는 이미 설명한 바와 같이, 각 분기회로마다 동일한 전압을 중복하여 측정하는 것이므로, 시스템의 낭비를 초래하는 문제점이 있다.
However, as described above, since the same voltage is repeatedly measured for each branch circuit, there is a problem that the system is wasted.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 복수의 분기회로에 대한 전압 측정을 중복으로 행하지 않아, 시스템을 간소화하는 다채널 전력측정 시스템을 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a multi-channel power measurement system that simplifies a system without duplicating voltage measurements for a plurality of branch circuits.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 다채널 전력측정 시스템은, 모선의 전압신호를 측정하는 전압센서; 상기 모선으로부터 복수의 부하로 분기되는 복수의 분기선로의 전류신호를 측정하는 복수의 전류센서; 상기 전압신호를 주파수분석에 의해 페이저 전압으로 변환하고, 상기 페이저 전압 중 기본파와, 소정 크기 이상의 고조파를 유효 페이저 전압으로 결정하는 전압결정부; 및 상기 유효 페이저 전압과, 상기 전류신호를 주파수분석하여 변환한 페이저 전류로부터, 페이저 전력을 결정하는 복수의 전력결정부를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a multichannel power measurement system including: a voltage sensor for measuring a busbar voltage signal; A plurality of current sensors for measuring current signals of a plurality of branch lines branched from the bus line to a plurality of loads; A voltage determining unit for converting the voltage signal into a phasor voltage by frequency analysis and determining a fundamental wave of the phasor voltage and a harmonic wave of a predetermined magnitude or more as an effective phasor voltage; And a plurality of power determination units for determining the phasor power from the effective phasor voltage and the phasor current converted by frequency analysis of the current signal.

본 발명의 일실시예의 다채널 전력측정 시스템은, 상기 복수의 전력결정부에 동기신호를 제공하는 제공부를 더 포함할 수 있다.The multi-channel power measurement system according to an embodiment of the present invention may further include a provision unit for providing a synchronization signal to the plurality of power determination units.

본 발명의 일실시예에서, 상기 복수의 전력결정부 중 어느 하나의 전력결정부가, 그 외의 전력결정부에 동기신호를 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, any one of the plurality of power determination units may provide a synchronization signal to the other power determination unit.

본 발명의 일실시예에서, 상기 전력결정부는, 상기 유효 페이저 전압과, 상기 페이저 전류의 공액을 곱하여 페이저 전력을 결정할 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the power determination unit may determine the phasor power by multiplying the effective phasor voltage by the conjugate of the phasor current.

상기와 같은 본 발명은, 모선의 전압신호만을 이용하여 복수의 분기회로의 전압을 결정할 수 있으므로, 시스템을 간소화하는 효과가 있다.
The present invention as described above has an effect of simplifying the system because the voltages of the plurality of branch circuits can be determined using only the voltage signal of the bus line.

도 1은 종래의 분기선로에서 전력을 측정하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 다채널 전력측정 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.
1 is an exemplary diagram for explaining a method of measuring power in a conventional branch line.
2 is a block diagram schematically illustrating a multi-channel power measurement system according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예의 다채널 전력측정 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.2 is a block diagram schematically illustrating a multi-channel power measurement system according to an embodiment of the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템은, 변압기(10)로부터 주차단기(20)를 통해 전력이 분기되어, 복수의 분기선로를 구성하고 있음을 확인할 수 있다.As shown in the figure, the system of the present invention can confirm that the electric power is branched from the transformer 10 through the parking terminal 20 to constitute a plurality of branch lines.

각 분기선로는 분기 차단기(41~48), 전류센서(51~58) 및 부하(81~88)로 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는, 8개의 부하(81~88)가 제공되어, 부하(81~88)에 따라 분기선로가 구성되는 예를 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 부하가 제공되고, 해당 부하에 대한 분기선로가 생성될 수 있을 것이다. Each of the branch lines may be composed of branch circuit breakers 41 to 48, current sensors 51 to 58, and loads 81 to 88. In the embodiment of the present invention, eight loads 81 to 88 are provided to configure the branch lines according to the loads 81 to 88. However, the present invention is not limited thereto, and various loads And a branch line for the load may be generated.

본 발명의 시스템은, 분기선로에서 소모되는 전력측정시, 전압측정의 중복을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 시스템은, 모선(BUS, 2A)에서의 전압신호를 측정하는 전압측정부(30), 전압측정부(30)에서 측정된 전압신호로부터, 복수의 전력결정부(91~98)에 제공할 유효 페이저 전압을 결정하는 전압결정부(60) 및 복수의 전력결정부(91~98)에 제공할 동기신호를 제공하는 동기신호 제공부(70)를 포함할 수 있다.The system of the present invention is for solving redundancy of voltage measurement when measuring power consumed in a branch line. The system of the present invention includes a voltage measuring unit 30 for measuring a voltage signal at a bus (BUS, 2A) A voltage determination unit 60 and a plurality of power determination units 91 to 98 for determining an effective phasor voltage to be provided to the plurality of power determination units 91 to 98 from the voltage signal measured by the voltage measurement unit 30, And a synchronization signal providing unit 70 for providing a synchronization signal to be provided to the mobile station.

보통, 전압신호와 전류신호는 시간에 대해 사인(sine) 형태의 파(wave)로 표현될 수 있는데, 이를 푸리에(Fourier) 변환을 통해 복소값, 즉 페이저(phasor)로 변환할 수 있다. 푸리에 변환은, 시간에 따라 주기성을 갖는 신호를 주파수로 해석할 수 있는 방법을 제시하는데, 이를 통해 전압과 전류의 고조파별 복소값을 얻을 수 있다. 즉, 페이저는, 어떠한 수치를 복소평면에 나타낸 값으로서, '실수+j허수'의 형태로 표현될 수 있다. Usually, the voltage signal and the current signal can be represented by a sine wave with respect to time, which can be converted to a complex value, that is, a phasor through a Fourier transform. The Fourier transform provides a method of interpreting a signal having a periodicity with respect to time according to a frequency, thereby obtaining a complex value of harmonics of a voltage and a current. In other words, the phasor can be expressed in the form of a 'real number + j-imaginary number' as a value representing a certain value in a complex plane.

일반적으로, 전류에는 고조파가 많이 포함되지만, 전압에는 고조파가 많이 포함되지 않는다. 따라서, 전압센서(30)로부터 수신되는 전압신호를 주파수분석(푸리에 변환)하여, 기본파(기본 주파수)와 고조파로 해석할 수 있는데, 본 발명의 전압결정부(60)는, 고조파 중 기준 크기(예를 들어, 기본파의 1%) 이상의 신호를 유효 페이저 전압으로 결정하고, 나머지는 전력 측정에 큰 의미가 없는 것으로 간주하여 제거할 수 있다.Generally, the current includes many harmonics, but the voltage does not include much harmonics. Therefore, the voltage signal received from the voltage sensor 30 can be analyzed by frequency analysis (Fourier transform) to be analyzed as a fundamental wave (fundamental frequency) and harmonics. The voltage determination unit 60 of the present invention, (For example, 1% of the fundamental wave) or more can be determined as the effective phasor voltage, and the rest can be regarded as having no significant meaning in the power measurement.

전압결정부(60)는, 이와 같이 결정된 유효 페이저 전압을 복수의 전력결정부(91~98)에 각각 제공할 수 있다. The voltage determination unit 60 can provide the determined effective phasor voltages to the plurality of power determination units 91 to 98, respectively.

복수의 전류센서(51~58)는 보조 차단기(41~48)를 통해 입력되는 분기선로의 전류신호를 각각 해당 분기선로의 전력결정부에 제공할 수 있다. 이때, 전류센서(51~58)로부터 수신되는 전류신호를 주파수분석(푸리에 변환)하여, 페이저 형태로 사용할 수 있으며, 이를 '페이저 전류'라고 한다. 전류센서(51~58)로부터 수신되는 전류신호를 페이저 전류로 변환하는 것은, 별도의 구성요소에 의해 수행될 수도 있고, 복수의 전력결정부(91~98)가 직접 수행할 수도 있다.The plurality of current sensors 51 to 58 can provide the current signal of the branch line input through the auxiliary circuit breakers 41 to 48 to the power determination unit of the corresponding branch line, respectively. At this time, the current signal received from the current sensors 51 to 58 is subjected to frequency analysis (Fourier transform) to be used in a pager form, which is referred to as a 'phaser current'. Conversion of the current signal received from the current sensors 51 to 58 into the phasor current may be performed by a separate component or may be directly performed by the plurality of power determination units 91 to 98. [

복수의 전력결정부(91~98)는, 전압결정부(60)로부터 유효 페이저 전압과, 페이저 전류로부터, 해당 고조파의 페이저 전압을 다음 식에 의해 결정할 수 있다.The plurality of power determination units 91 to 98 can determine the phasor voltage of the harmonic from the effective phasor voltage and phasor current from the voltage determination unit 60 by the following equation.

Figure 112014127456813-pat00001
Figure 112014127456813-pat00001

이때, 'conjugate'는 '공액'을 의미하는 것으로서, 허수의 부호가 반대인 복소값을 conjugate라고 한다. 예를 들어, A+jB의 conjugate는 A-jB이다.In this case, 'conjugate' means 'conjugate', and the complex value of the opposite sign of the imaginary number is called conjugate. For example, the conjugate of A + jB is A-jB.

고조파 전력을 측정함에 있어, 본 발명에 의하면 유효 페이저 전압에 의해 기준 크기 이하의 고조파가 제거되므로, 전류에 해당 주파수의 고조파가 아무리 많이 존재하여도 전력에는 반영되지 않음을 알 수 있다. According to the present invention, harmonics below the reference magnitude are removed by the effective phasor voltage, so that no matter how many harmonics of the frequency are present in the current, they are not reflected in the power.

즉, 실측전력은 고조파별 전력의 합이므로, 전압신호의 유효 고조파가 전압결정부(60)에 의해 결정되면, 전류도 해당 주파수 성분만을 이용하여 고조파 전력을 측정하고, 이를 모두 합산하여 실측전력을 구할 수 있다. That is, since the actual power is the sum of the powers per harmonic, if the voltage harmonics of the voltage signal are determined by the voltage determination unit 60, the harmonic power is measured using only the frequency components of the current, Can be obtained.

이와 같이, 본 발명의 전압결정부(60)는, 유효 페이저 전압과 페이저 전류의 공액값을 곱하여, 페이저 전압을 결정할 수 있으며, 모선의 전압신호만을 이용하여 복수의 분기회로의 전압을 결정할 수 있으므로, 시스템을 간소화할 수 있다.
As described above, the voltage determining unit 60 of the present invention can determine the phasor voltage by multiplying the conjugate value of the effective phasor voltage and the phasor current, and can determine the voltages of the plurality of branch circuits using only the bus signal voltage , The system can be simplified.

한편, 본 발명의 동기신호 제공부(70)는 각각 이격되는 복수의 전력결정부(91~98)간 CPU 클럭과 신호 샘플링 시점이 상호 조금씩 차이가 나기 때문에, 샘플링 시작점을 일치시키기 위한 것이다. 만약 샘플링 시점이 동기되지 않을 경우, 페이저의 위상의 시작점이 달라지므로, 이는 측정 오류로 반영될 수 있다. 따라서, 본 발명의 동기신호 제공부(70)는, 복수의 복수의 전력결정부(91~98)에 동기신호를 전송하여, 이에 따라 샘플링 시점을 동기화할 수 있다.Meanwhile, the synchronizing signal providing unit 70 of the present invention is for making the sampling start points coincide with each other since the CPU clock and the signal sampling time are slightly different between the plurality of power determining units 91 to 98 which are separated from each other. If the sampling time is not synchronized, the starting point of the phase of the phaser will change, which can be reflected in the measurement error. Therefore, the synchronizing signal providing unit 70 of the present invention can synchronize the sampling time by transmitting a synchronizing signal to a plurality of power determining units 91 to 98, respectively.

다만, 본 발명의 일실시예에서는 동기신호 제공부(70)가 별도로 구성되어, 복수의 전력결정부(91~98)에 각각 동기신호를 제공하는 예를 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 예를 들어, 전압결정부(60)가 자신의 클럭을 동기신호를 복수의 전력결정부(91~98)에 제공할 수도 있고, 또는, 첫번째 분기선로의 전력결정부(91)가 자신의 클럭을 동기신호로서 다른 복수의 전력결정부(92~98)에 제공할 수도 있을 것이다.
However, in the embodiment of the present invention, the synchronizing signal providing unit 70 is separately configured to provide the synchronizing signals to the plurality of power determining units 91 to 98, respectively. However, the present invention is not limited thereto. That is, for example, the voltage determining unit 60 may provide its own clock to the plurality of power determining units 91 to 98, or the power determining unit 91 of the first branch line may provide May be provided to the other plurality of power determination units 92 to 98 as a synchronization signal.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

10: 변압기 20: 주차단기
30: 전압센서 41~48: 보조 차단기
51~58: 전류센서 60: 전압결정부
70: 동기신호 제공부 81~88: 부하
91~98: 전력결정부
10: Transformer 20: Parking term
30: Voltage sensors 41 to 48: Auxiliary circuit breaker
51 to 58: current sensor 60: voltage determining unit
70: Synchronization signal providing 81 ~ 88: Load
91 to 98: power determination unit

Claims (4)

모선의 전압신호를 측정하는 전압센서;
상기 모선으로부터 복수의 부하로 분기되는 복수의 분기선로의 전류신호를 측정하는 복수의 전류센서;
상기 전압센서에 의해 측정된 모선의 전압신호를 주파수분석에 의해 페이저 전압으로 변환하고, 상기 페이저 전압 중 기본파와, 소정 크기 이상의 고조파를 유효 페이저 전압으로 결정하는 전압결정부;
상기 전압결정부에 의해 결정된 유효 페이저 전압과, 각각의 상기 분기선로 중 대응하는 분기선로의 전류신호를 주파수분석하여 변환한 페이저 전류로부터, 해당 분기선로의 페이저 전력을 결정하는 복수의 전력결정부를 포함하며,
상기 전압결정부는 결정된 상기 유효 페이저 전압을 각각의 상기 전력결정부에 제공하는 다채널 전력측정 시스템.
A voltage sensor for measuring a busbar voltage signal;
A plurality of current sensors for measuring current signals of a plurality of branch lines branched from the bus line to a plurality of loads;
A voltage determining unit for converting a voltage signal of a bus line measured by the voltage sensor into a phaser voltage by frequency analysis and determining a fundamental wave of the phaser voltage and a harmonic wave of a predetermined magnitude or more as an effective phasor voltage;
And a plurality of power determination sections for determining the phasor power of the branch line from the phasor current obtained by frequency analysis of the effective phasor voltage determined by the voltage determination section and the current signal of the corresponding branch line among the respective branch lines, In addition,
And the voltage determining unit provides the determined effective pager voltage to each of the power determining units.
제1항에 있어서,
상기 복수의 전력결정부에 동기신호를 제공하는 제공부를 더 포함하는 다채널 전력측정 시스템.
The method according to claim 1,
And a providing unit for providing a synchronization signal to the plurality of power determining units.
제1항에 있어서, 상기 복수의 전력결정부 중 어느 하나의 전력결정부가, 그 외의 전력결정부에 동기신호를 제공하는 다채널 전력측정 시스템.
The multi-channel power measurement system according to claim 1, wherein the power determination unit of any one of the plurality of power determination units provides a synchronization signal to the other power determination unit.
제1항에 있어서, 상기 전력결정부는,
상기 유효 페이저 전압과, 상기 페이저 전류의 공액을 곱하여 페이저 전력을 결정하는 다채널 전력측정 시스템.
2. The apparatus of claim 1,
Wherein the phaser power is determined by multiplying the effective phasor voltage by the conjugate of the phasor current.
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