KR102254312B1 - streetlight portal operating system based on bigdata and AI - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가로등에 관한 것으로 보다 상세하게는, 빅데이터 및 AI(artificial intelligence)에 기반하여 복수의 가로등 사이트를 통합 운영하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a streetlight, and more particularly, to a technology for integrated operation of a plurality of streetlight sites based on big data and artificial intelligence (AI).
가로등은 상용전원을 이용해 점소등할 수 있다. 이때, 상용전원을 가로등에 공급하기 위해, 가로등 분전반이 설치될 수 있다. 가로등 분전반은 메인 전원 라인을 통해 상용 전원을 공급 받고 이를 분기 전원 라인을 통해 가로등에 공급할 수 있다. Street lights can be turned on and off using commercial power. At this time, in order to supply commercial power to the street light, a street light distribution board may be installed. The street light distribution board can receive commercial power through the main power line and supply it to the street light through the branch power line.
단일 분기 전원 라인에는 적어도 하나 이상의 가로등이 연결될 수 있다. 복수의 가로등이 설치되는 경우, 단일 분기 전원 라인에 복수의 가로등이 병렬로 설치될 수 있다. At least one street light may be connected to the single branch power line. When a plurality of street lights are installed, a plurality of street lights may be installed in parallel on a single branch power line.
현재 가로등은 설치 이후에 이상이 발생한 경우에 현장 점검을 하는 형태로 유지보수가 이루어진다. 이 같은 유지보수 방식은 잦은 민원을 발생시킬 수 있다. 그리고, 이 같은 유지보수 방식은 국가 또는 지자체 기반 시설의 신뢰도를 저하시킬 수 있다. Currently, streetlight maintenance is performed in the form of on-site inspection when an abnormality occurs after installation. This maintenance method can generate frequent complaints. And, such a maintenance method can lower the reliability of the infrastructure of a national or local government.
관련 기술로 한국등록특허 제10-0833683호가 있다. 한국등록특허 제10-0833683호는 지그비 통신을 이용한 등주 주간 감시 시스템에 관한 것으로, 안전전압을 이용해 선로를 모니터링하되, 모니터링 결과를 지그비 통신 방식으로 전달하는 것을 특징으로 한다. 그 외, 한국등록특허 제10-0833683호는 등주제어감시기가 배터리를 비상 전원으로 사용하는 것을 특징으로 한다. As a related technology, there is Korean Patent Registration No. 10-0833683. Korean Patent Registration No. 10-0833683 relates to a daytime monitoring system using ZigBee communication, and is characterized by monitoring a line using a safety voltage and transmitting the monitoring result through a ZigBee communication method. In addition, Korean Patent Registration No. 10-0833683 is characterized in that the deungju control monitor uses a battery as an emergency power source.
기존 기술은 가로등 배전망을 모니터링 함에 있어서 가로등 배전망 이상 여부 만을 판정하고 그 이상 원인에 대한 구체적인 규명을 하지 못하였다. 이에 따라, 이상이 발생한 경우, 이상 원인 판정을 위한 추가적인 비용과 인력 소모가 필요하다는 문제점이 있다. 아울러, 정확한 이상 원인을 판정하지 못하는 경우 과도하고 불필요한 유지보수 비용이 발생하는 문제점이 있다. In monitoring the streetlight distribution network, the existing technology only determined whether there was an abnormality in the streetlight distribution network, and it was not possible to clarify the cause of the abnormality. Accordingly, when an abnormality occurs, there is a problem that additional cost and manpower consumption are required for determining the cause of the abnormality. In addition, there is a problem that excessive and unnecessary maintenance costs are generated when the exact cause of the abnormality cannot be determined.
아울러. 기존에는 가로등 배전망에 이상이 발생한 경우 보수를 하는 수동적인 조치 만을 취해왔다. together. In the past, only passive measures have been taken to repair when an abnormality occurs in the streetlight distribution network.
본 발명은 가로등 배전망의 이상 여부를 판정함과 동시에 이상 원인의 규명이 가능한 빅데이터 및 AI 기반 가로등 포털 운영 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a big data and AI-based street light portal operating system capable of determining whether or not an abnormality in a streetlight distribution network is present and at the same time identifying the cause of the abnormality.
그리고, 본 발명은 가로등의 고장이 발생한 경우, 가로등 고장 개수 및 고장 위치를 판정할 수 있는 빅데이터 및 AI 기반 가로등 포털 운영 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, it is an object of the present invention to provide a big data and AI-based street light portal operating system capable of determining the number of street lights failure and the location of the failure when a street light failure occurs.
또한, 본 발명은 가로등 배전망에 이상이 발생하기 전에, 이상 발생 징후의 모니터링이 가능한 빅데이터 및 AI 기반 가로등 포털 운영 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a big data and AI-based street light portal operating system capable of monitoring signs of abnormality before an abnormality occurs in a streetlight distribution network.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 빅데이터 및 AI 기반 가로등 포털 운영 시스템은 적어도 하나의 가로등 배전망으로부터 전체 전류를 실시간 수집하는 빅데이터부; 및 빅데이터부 상의 전체 전류를 사용해 가로등 배전망의 이상 징후를 판단하는 AI부를 포함한다.Big data and AI-based street light portal operating system according to an embodiment of the present invention includes a big data unit for collecting the total current from at least one street light distribution network in real time; And an AI unit that uses the total current on the big data unit to determine signs of abnormalities in the streetlight distribution network.
여기서, 상기 AI부는 가로등 고장 확률, 단락율 및 지락율을 이용하여 이상 징후를 판단할 수 있다. Here, the AI unit may determine an abnormal symptom using a street light failure probability, a short circuit rate, and a ground fault rate.
그리고, 상기 가로등 고장 확률은 아래의 수학식 And, the probability of failure of the street light is the following equation
[수학식][Equation]
여기서, here,
i : 계측부에 의해 계측된 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류i: Total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage for each branch power line measured by the measuring unit
in : 정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값in: Total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage in a normal state
iz : 분기 전원 라인에 연결된 가로등 중 분기 전원 라인 전체 전류의 감쇄가 가장 작은 가로등 고장 이벤트를 발생시키는 가로등의 고장에 대응한 분기 전원 라인 전체 전류 감쇄량iz: Attenuation of the total current of the branch power line in response to a failure of a street light that causes the streetlight failure event with the smallest attenuation of the total current of the branch power line among street lights connected to the branch power line.
에 의해 산출될 수 있다. Can be calculated by
또한, 상기 지락율은 아래의 수학식In addition, the ground fault rate is the following equation
[수학식][Equation]
에 의해 산출될 수 있다. Can be calculated by
또한, 상기 단락율은 아래의 수학식 In addition, the short circuit rate is the following equation
[수학식][Equation]
에 의해 산출될 수 있다. Can be calculated by
본 발명은 안전 전압을 이용해 가로등 배전망의 이상 여부를 판정함과 동시에 이상 원인의 규명이 가능하다. In the present invention, it is possible to determine the cause of the abnormality while determining whether or not the streetlight distribution network is abnormal by using a safety voltage.
또한, 본 발명은 가로등의 고장이 발생한 경우, 가로등 고장 개수 및 고장 위치를 판정할 수 있다. In addition, the present invention can determine the number of failures and the location of the failure in the case of a failure of the street light.
본 발명은 가로등 배전망 이상 징후 정보로서, 가로등 고장 확률, 지락율 및 단락율을 제공하는 것에 의해, 가로등 배전망 이상 발생 전 유지 및 보수 작업이 원활하게 진행되게 할 수 있다. According to the present invention, as information on indications of an abnormality in a streetlight distribution network, by providing a streetlight failure probability, a ground fault rate, and a short circuit rate, it is possible to smoothly proceed with maintenance and repair work before occurrence of a streetlight distribution network abnormality.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 운영 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 운영 시스템의 기능 블록도이다.
도 3은 도 2에서 제 2 분기 전원 라인의 개략도이다.
도 4는 도 3의 회로도이다.
도 5는 이상 종류를 판정하기 위한 기준값 테이블이다.
도 6은 가로등 고장 개수 및 고장 위치 별로 가로등 고장에 따른 전류값을 특정한 테이블이다.
도 7은 안전전압 주파수, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i), 고장 개수, 고장 위치의 매칭테이블이다.
도 8은 단락과 지락의 구분 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 운영 시스템의 개략도이다.
도 10은 안전전압을 이용한 진단부의 모니터링 방법에 대한 플로우차트이다. 1 is a schematic diagram of an operating system according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 2 is a functional block diagram of the operating system of Figure 1;
3 is a schematic diagram of a second branch power line in FIG. 2.
4 is a circuit diagram of FIG. 3.
5 is a reference value table for determining the type of abnormality.
6 is a table specifying the number of streetlight failures and current values according to the failures of the streetlights for each failure location.
7 is a matching table of the total current i flowing through the branch power line in response to the safety voltage frequency and safety voltage, the number of failures, and the location of the failure.
8 is a diagram for explaining a method of classifying a short circuit and a ground fault.
9 is a schematic diagram of an operating system according to another embodiment of the present invention.
10 is a flowchart of a method for monitoring a diagnosis unit using a safety voltage.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 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 이해되어야 한다.In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various constituent elements, but the constituent elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.
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.For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as'comprise' or'have' are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.
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 의미를 가지고 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein including technical or scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.
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 않는다.Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. Does not.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 빅데이터 및 AI 기반 가로등 포털 운영 시스템(이하, “운영 시스템”이라고 칭한다.)에 대하여 설명한다. 본 발명의 요지를 명확히 하기 위해, 종래 주지된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다. Hereinafter, a big data and AI-based street light portal operating system (hereinafter, referred to as “operating system”) according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8. In order to clarify the gist of the present invention, a description of conventionally well-known matters will be omitted or simplified.
도 1을 참조하면, 운영 시스템은 적어도 하나의 가로등 배전망(1000-1, 1000-2, ..., 1000-n, 이하, ‘1000’으로 통칭함), 진단 서비스 장치(200) 및 통신망(300)을 포함할 수 있다. 하나의 가로등 배전망은 하나의 가로등 배전 사이트를 형성할 수 있다. 하나의 가로등 배전 사이트는 그 사이트에 속하는 가로등에 전원을 공급할 수 있다. Referring to FIG. 1, the operating system includes at least one street light distribution network (1000-1, 1000-2, ..., 1000-n, hereinafter, collectively referred to as '1000'), a
도 2를 참고하면, 가로등 배전망은 가로등 분전반(10) 및 가로등 분전반(10)으로부터 전원을 공급 받는 가로등(L11, L12, L13, L14, L21, L22, L23, L31, L32)을 포함할 수 있다. 2, the street light distribution network may include a street
가로등 분전반(10)은 메인 전원 라인(1)을 통해 공급된 전원을 분기 전원 라인(2a, 2b, 2c)으로 분기시켜 가로등에 공급하는 것을 단속할 수 있는 주회로 차단기(11, MCCB)를 포함할 수 있다. The street
분기 전원 라인은 적어도 하나일 수 있다. 도 2는 분기 전원 라인이 3 개인 경우를 예시한다. 도 2에서 도면부호 2a는 제 1 분기 전원 라인, 도면부호 2b는 제 2 분기 전원 라인, 도면 부호 2c는 제 3 분기 전원 라인을 의미할 수 있다. There may be at least one branch power line. 2 illustrates a case where there are three branch power lines. In FIG. 2,
분기 전원 라인에 적어도 하나의 가로등이 연결될 수 있다. 단일 분기 전원 라인에 복수의 가로등이 설치되는 경우 복수의 가로등은 단일 분기 전원 라인에 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다. 도 2는 제 1 분기 전원 라인(2a)에 4개의 가로등이 설치되고, 제 2 분기 전원 라인(2b)에 3개의 가로등이 설치되고, 제 3 분기 전원 라인(2c)에 2개의 가로등이 설치되는 경우를 예시한다. At least one street light may be connected to the branch power line. When a plurality of street lights are installed on a single branch power line, the plurality of street lights may be electrically connected in parallel to the single branch power line. 2 shows that four street lights are installed on the first
가로등 분전반(10) 측에 안전전압을 이용한 지능형 가로등 배전망 모니터링 장치(100, 이하, ‘모니터링 장치’라고 칭함)가 설치될 수 있다. An intelligent street light distribution network monitoring device 100 (hereinafter, referred to as a “monitoring device”) using a safety voltage may be installed on the street
모니터링 장치(100)는 안전전압공급부(110), 계측부(120), 진단부(130) 및 제 1 통신부(140)를 포함할 수 있다. The
안전전압 공급부(110)는 분기 전원 라인에 안전전압을 공급할 수 있다. 안전전압은 감전 위험이 없고 상용 전원 레벨 보다 전압 레벨이 낮은 교류 전압일 수 있다. 안전전압은 예를 들어, 30 [V]일 수 있다. 감전 위험을 고려하여, 30 [V} 보다 낮은 전압이 선택될 수도 있다. 안전전압의 공급을 개시한 때, 안전전압의 주파수는 기준 주파수일 수 있다. 여기서, 기준 주파수는 20 kHz일 수 있다. 안전 전압은 가로등이 소등되는 주간 시간대에 공급될 수 있다. 안전전압 공급부(110)는 기 설정된 가로등 배전망 진단 시간에 안전 전압을 공급할 수 있다. The safety
계측부(120)는 CT(21, 22, 23, Current Transformer)를 이용해 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 검출할 수 있다. 이를 위해, CT(21, 22, 23)는 분기 전원 라인의 분기 시작점에 설치될 수 있다. 이하, 계측부에 의해 계측된 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 i로 통칭한다. The
진단부(130)는 계측부(120)를 통해 검출된 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 이용해, 가로등 배전망의 이상 여부 및 이상 종류를 판정할 수 있다. 이를 위해, 이상 종류를 판정하기 위한 기준값이 설정될 수 있다. 도 5에서, ‘in’은 정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값(이하, ‘제 1 기준값’이라 칭함)일 수 있다. in은 예를 들어 30 A일 수 있다. 여기서, 정상상태라고 함은 분리 전원 라인 상에서 가로등 고장, 지락 및 단락 등과 같은 이상이 발생하지 않은 상태를 의미한다. The
‘in+ix’는 지락으로 판정되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 하한값(이하, ‘제 2 기준값’이라 칭함)일 수 있다. ix는 예를 들어, 10 A일 수 있다. ix는 설계자에 의해 임의로 선택될 수 있으며 현장 실정을 고려하여 in에 더해지는 지락에 대응한 추가 전류값일 수 있다. ‘in+iy'는 단락으로 판정되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 하한값(이하, ‘제 3 기준값’이라 칭함)일 수 있다. iy는 예를 들어, 20 A일 수 있다. iy는 설계자에 의해 임의로 선택될 수 있으며 현장 실정을 고려하여 in에 대해지는 단락에 대응한 추가 전류값일 수 있다. ‘in-iz'는 가로등 고장으로 판정되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 상한값(이하, ‘제 4 기준값’이라 칭함)일 수 있다. iz는 예를 들어, 0.96 A일 수 있다. iz는 현장 실측에 의해 설정될 수 있다. iz는 분기 전원 라인에 연결된 가로등 중 분기 전원 라인 전체 전류의 감쇄가 가장 작은 가로등 고장 이벤트를 발생시키는 가로등의 고장에 대응한 분기 전원 라인 전체 전류 감쇄량일 수 있다. 예를 들어, 도 4에서 iz는 도 3의 i31일 수 있다. 'In+ix' may be a lower limit value of the total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage determined as a ground fault (hereinafter, referred to as a'second reference value'). ix may be, for example, 10 A. ix may be arbitrarily selected by the designer, and may be an additional current value corresponding to a ground fault added to in in consideration of the field situation. 'In+iy' may be a lower limit value of the total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage determined as a short circuit (hereinafter, referred to as a'third reference value'). iy may be, for example, 20 A. iy may be arbitrarily selected by a designer, and may be an additional current value corresponding to a short-circuit lost to in in consideration of field conditions. 'In-iz' may be an upper limit value of the total current flowing through the branch power line (hereinafter referred to as the'fourth reference value') in response to the safety voltage determined as a street light failure. iz can be, for example, 0.96 A. iz can be set by field survey. iz may be an amount of attenuation of the total current of the branch power line corresponding to a failure of a street light that causes a street light failure event in which the attenuation of the total current of the branch power line is the least among street lights connected to the branch power line. For example, iz in FIG. 4 may be i31 in FIG. 3.
진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 제 4 기준값 이하이면, 해당 분기 전원 라인에 결선된 가로등에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이와 달리, 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류가 제 4 기준값 초과이면, 해당 분기 전원 라인에 결선된 가로등에 고장이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 가로등 고장이 아닌 것으로 판단된 경우, 진단부(130)가 지락 또는 단락 여부를 판단할 수 있다. 이때, 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류가 제 2 기준값 이상이고 제 3 기준값 미만이면, 해당 분기 전원 라인에 지락이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이와 달리, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전류가 제 3 기준값 이상이면, 진단부(130)는 해당 분기 전원 라인에 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이와 달리, 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전류가 제 4 기준값 초과이고 제 2 기준값 미만이면 해당 분기 전원 라인에서 가로등 배전망의 이상이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 지락 또는 단락으로 판정된 경우, 진단부(130)는 외부에 지락 또는 단락임을 알리는 알람을 제공할 수 있다. 이와 달리, 진단부(130)는 지락 또는 단락 여부에 대한 판단을 가로등 고장 여부 판단에 앞서 할 수 있다. 이와 달리, 진단부(130)는 단락, 지락, 정상 및 가로등 고장 판단 선후와 무관하게, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 도 5의 단락, 지락, 정상 및 가로등 고장에 대응한 전류값 중 어느 값에 해당하는지 여부를 판단하는 것에 의해, 단락, 지락, 정상 및 가로등 고장 여부를 판정할 수 있다. If the total current i flowing through the branch power line in response to the safety voltage is less than or equal to the fourth reference value, the
진단부(130)에 의해, 가로등 고장 이벤트가 발생한 것으로 판단되면, 안전전압 공급부(110)는 주파수를 가변할 수 있다. 이때, 안전전압 공급부(110)는 기준 주파수에서 주파수를 하향 조정하는 형태로 안전 전압의 주파수를 가변할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 제 2 분기 전원 라인을 기준으로 설명한다. 도 3을 참조하면, 제 2 분기 전원 라인(2b)에 제2-1가로등(L21) 제2-2가로등(L22), 제2-3가로등(L23)이 병렬로 결선되어 있음을 알 수 있다. 도 4는 도 3의 회로에서 선로 임피던스(ZL1, ZL2, ZL3) 및 가로등 임피턴스(Zlamp)를 고려한 전류 경로에서의 전류(i, i11, i12, i21, i22, i31)를 나타낸다. 이때, X 방향으로 본 분기 전원 라인의 등가 임피던스는 아래의 수학식과 같을 수 있다. When it is determined by the
여기서, here,
X : 선로의 유도성리액턴스X: Inductive reactance of the line
R : 등가 저항R: equivalent resistance
그리고, 상기 등가임피턴스에 기반해 산출되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)는 다음의 수학식과 같을 수 있다.In addition, the total current i flowing through the branch power line in response to the safety voltage calculated based on the equivalent impedance may be as shown in the following equation.
여기서, here,
V : 안전전압V: safety voltage
Z : 분기 전원 라인의 등가 임피던스Z: equivalent impedance of branch power line
i : 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류 i: Total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage
수학식 2에서 보는 바와 같이, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 크기는 주파수(f)의 영향이 크다. 따라서, 20 kHz와 같은 고주파를 이용해 진단을 하는 경우, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 크기가 매우 작을 수 있다. 따라서, CT의 검출 능력의 한계로 진단의 신뢰성이 낮을 수 있다. As shown in
도 6을 참조하면, 고장 개수 및 고장 위치에 따라, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류는 상이할 수 있다. 예를 들어, 제2-3가로등(L23) 만이 고장이 난 경우, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류 i는 ‘in-i31'일 수 있다. 여기서, in은 분기 전원 라인에 배선된 가로등이 고장이 전혀 발생하지 않은 때의 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류일 수 있다. 따라서, in-i31에 해당하는 전류가 검출되면, 진단부(130)는 가로등 고장개수는 1 대이고, 고장 위치는 제2-3가로등(L23)임을 알 수 있다. Referring to FIG. 6, depending on the number of faults and the location of the faults, the total current flowing through the branch power line may be different in response to the safety voltage. For example, when only the 2-3rd street light L23 fails, the total current i flowing through the branch power line in response to the safety voltage may be'in-i31'. Here, in may be the total current flowing through the branch power line in response to a safety voltage when a street light wired to the branch power line has no failure. Accordingly, when a current corresponding to in-i31 is detected, the
이 같은 점에 기반하여, 고장 개수 및 고장 위치 별로 고장에 따른 전류값을 특정할 수 있다. 이때, 안전전압의 주파수는 단일 주파수(예를 들어, 20 kHz)에 고정되는 것으로 가정한다. Based on this point, it is possible to specify the current value according to the fault by the number of faults and the fault location. In this case, it is assumed that the frequency of the safety voltage is fixed to a single frequency (eg, 20 kHz).
도 6은 고장 개수 및 고장 위치 별로 고장에 따른 전류값을 특정한 테이블이다. 도 6는 도 4에 도시된 전류(i, i11, i12, i21, i22, i31)에 기반하여 작성되었다. 도 6에서 ‘in'은 분기 전원 라인에서 가로등 고장, 지락 및 단락 등과 같은 이상이 전혀 발생하지 않은 때의 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류일 수 있다. 'i'는 계측부를 통해 실측되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류일 수 있다. 도 5에서 고장 위치 열은 L21, L22, L23에서 고장이 발생한 가로등을 나타내고, i11, i21, i31은 가로등 고장이 없는 상태에서 가로등에 흐르는 전류를 나타낸다. 6 is a table specifying the number of faults and current values according to faults for each fault location. FIG. 6 was created based on the currents i, i11, i12, i21, i22, i31 shown in FIG. 4. In FIG. 6,'in' may be the total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage when no abnormality such as a street light failure, ground fault, or short circuit occurs in the branch power line. 'i' may be the total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage measured through the measurement unit. In FIG. 5, the fault location column represents a street light in which a fault has occurred in L21, L22, and L23, and i11, i21, and i31 represent the current flowing through the street light in a state where there is no street light fault.
다만, 앞서 본 바와 같이, 계측부(120)를 통해 실측되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)는 안전전압의 주파수 영향을 많이 받는다. 단일 고주파수 안전 전압을 이용하는 경우 유도성 리액턴스(X)가 클 수 있다. 따라서, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류 크기가 작을 수 있다. 따라서, 단일 고주파수 안전 전압에 대응한 분기 전원 라인 전체 전류를 이용해 고장개수 및 고장 구간을 구분하는 경우, 고장 개수 및 고장 구간의 구분이 용이하지 않을 수 있다. 달리 표현하면, 고장 개수 및 고장 구간에 대한 분해능이 낮아질 수 있다. 분해능을 높이기 위해, 안전전압의 크기를 높일 수는 없다. 이는 안전전압의 크기를 높일수록 감전의 위험이 높아지기 때문이다. 또한, 안전전압의 주파수를 낮출 수도 없다. 유도성 리액턴스는 선로의 경년 변화 등이 요소가 반영된 것으로, 재대로 검출이 되어야 하기 때문이다. 또한, CT의 검출 능력을 상향 조정하는 데에도 한계가 있다. 이는 제품 단가를 매우 높이게 되고, CT의 검출 능력 상향에도 한계 성능이 존재하기 때문이다. However, as previously seen, the total current i flowing through the branch power line in response to the safety voltage measured through the
즉, 도 6과 같은 테이블을 구비하고, 그 테이블 중 어느 열에 해당하는지 판단하는 것으로는 정확한 고장 개수 및 고장 구간에 대한 판단이 곤란할 수 있다. That is, it may be difficult to determine the exact number of failures and failure sections by having a table as shown in FIG. 6 and determining which row of the tables corresponds to.
도 7을 참조하면, 안전전압 주파수, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i), 고장 개수, 고장 위치의 매칭테이블을 나타낸다. Referring to FIG. 7, a matching table of the total current i flowing through the branch power line in response to the safety voltage frequency and the safety voltage, the number of failures, and the location of the failures is shown.
진단부(130)는 가로등 고장 이벤트가 발생한 것으로 판단되면, 안전전압 주파수를 가변할 수 있다. 진단부(130)는 가로등 고장 이벤트가 발생하면, 안전 전압 주파수를 지속적으로 낮추도록 안전전압 공급부(110)를 제어할 수 있다. 그리고, 진단부(130)는 안전 전압의 주파수를 가변하면서, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 앞서 본 제 1 기준값(정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값)이 되는 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 추출할 수 있다. When it is determined that a street light failure event has occurred, the
도 7은 안전 전압 주파수로 고장 개수 및 고장 구간을 추출하는 예시를 나타낸다. 이 같이 가로등 고장 이벤트가 발생한 경우, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 앞서 본 제 1 기준값(정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값)이 되는 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 선택하는 것에 의해, 고장 구간 및 고장 위치에 대한 분해능이 높아질 수 있다. 이는 복수의 고장 구간 및 고장 위치를 각각 특정하는 주파수 또는 주파수 범위의 간격이 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 간격 대비 상당히 크기 때문이다. 진단부(130)는 안전 전압 주파수를 하향 조정하면서 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 제 1 기준값에 도달하는지 여부를 판단하고, 제 1 기준값에 도달하면 안전 전압의 주파수를 가변하도록 제어하는 것을 중단할 수 있다. 7 shows an example of extracting the number of failures and the failure section with a safe voltage frequency. In the event of such a streetlight failure, the total current (i) flowing through the branch power line in response to the safety voltage is the first reference value (total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage in a normal state). By selecting the safety voltage frequency or frequency range to be used, the resolution for the fault section and fault location can be increased. This is because the intervals of frequencies or frequency ranges that specify a plurality of fault sections and fault locations, respectively, are considerably larger than the intervals of the total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage. The
그리고, 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 앞서 본 제 1 기준값(정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값)이 되는 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 선택하고, 그 주파수 또는 주파수 범위에 매칭되는 고장 개수 및 고장 구간 정보를 판정할 수 있다. 이때, 진단부(130)의 고장 개수 및 고장 구간 정보의 판정에 도 7과 같은 매칭 테이블이 사용될 수 있다. 이와 달리, 고장 개수 및 고장 구간의 판정을 위한 별도의 판정 알고리즘, AI 엔진 등이 도입될 수도 있다. In addition, the
운영자는 현장 실측, 실험데이터 및 시뮬레이션 중 어느 하나의 방식을 이용해 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 앞서 본 제 1 기준값(정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값)이 되는 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 결정할 수 있다. The operator uses any one of field measurement, experimental data, and simulation to measure the total current (i) flowing through the branch power line in response to the safety voltage as the first reference value (the branch power line in response to the safety voltage when it is in a normal state). The safety voltage frequency or frequency range can be determined.
진단부(130)는 계측부(120)에 의해 계측된 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(이하, ‘전체 전류’라 칭함)를 진단 서비스 장치(200)로 제공할 수 있다. The
제 1 통신부(140)는 진단 서비스 장치(200)와 모니터링 장치(100) 간에 통신을 제공할 수 있다. The
진단 서비스 장치(200)는 제 2 통신부(210), 빅데이터부(220) 및 AI부(230)를 포함할 수 있다. The
제 2 통신부(210)는 모니터링 장치(100)와의 통신을 제공할 수 있다. 이때, 통신망은 유선, 무선, 유무선 혼용의 형태를 가질 수 있으며 적용되는 통신 규격을 본 발명이 제한하지 않는다. The
빅데이터부(220)는 적어도 하나의 가로등 배전망(1000)으로부터 전체 전류를 실시간 수집할 수 있다. 빅데이터부(220)는 가로등 배전망 식별자, 분기 전원 라인 식별자 및 데이터 수집 시간으로 구분하여 전체 전류 데이터를 관리할 수 있다. The
AI부(230)는 빅데이터부(220) 상의 전체 전류를 사용해 가로등 배전망의 이상 징후를 판단할 수 있다. AI부(230)는 빅데이터부(220) 상의 전체 전류를 사용해 가로등 배전망의 이상 이벤트 지수를 평가할 수 있다. 여기서, 이상 이벤트 지수는 1) 가로등 고장 확률 2) 단락율 3) 지락율 등일 수 있다. 그리고, 그 이상 이벤트 지수가 기 설정된 기준을 초과하면 외부에 알람을 제공할 수 있다. The
이하, AI부(230)의 가로등 고장 확률 판단 기능에 대하여 설명한다. Hereinafter, a function of determining the probability of a street light failure of the
AI부(230)는 다음의 수학식에 따라. 가로등 고장 확률을 판단할 수 있다.
여기서, here,
i : 계측부에 의해 계측된 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류i: Total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage for each branch power line measured by the measuring unit
in : 정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값in: Total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage in a normal state
iz : 분기 전원 라인에 연결된 가로등 중 분기 전원 라인 전체 전류의 감쇄가 가장 작은 가로등 고장 이벤트를 발생시키는 가로등의 고장에 대응한 분기 전원 라인 전체 전류 감쇄량iz: Attenuation of the total current of the branch power line in response to a failure of a street light that causes the streetlight failure event with the smallest attenuation of the total current of the branch power line among street lights connected to the branch power line.
수학식 3에서 ‘i’, ‘in’ 및 ‘iz’는 앞서 도 5에서 본 바와 같을 수 있다. In
AI부(230)는 가로등 고장 확률을 인터페이스를 통해 외부에 제공할 수 있다. 이에 의해, 운영자가 가로등 유지 보수 계획을 가로등 고장 전에 수립하게 할 수 있다. The
AI부(230)는 단락율과 지락율을 판단하기 전에 계측부에 의해 계측된 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값(in)을 초과한 원인이 단락 이벤트 및 지락 이벤트 중 어느 하나인지를 판단할 있다. 이때, AI부(230)는 전류 상승 속성을 이용해 단락 이벤트와 지락 이벤트를 구분할 수 있다. The
도 8의 그래프에서, x축은 ‘시간’, y축은 ‘계측부에 의해 계측된 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i, 이하, ’전체 전류‘라고 칭함)’를 나타낸다. 그리고, 도 8에서, ‘곡선 η’은 지락에 대응한 전체 전류 곡선이고, ‘곡선 ’는 단락에 대응한 전체 전류 곡선을 나타낸다. t1은 전체 전류가 ‘정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값(in)’을 초과하기 시작한 시점을 나타낸다. t2는 AI부(230)가 단락 징후와 지락 징후 여부를 판단하는 시점을 나타낸다. 도 8에서와 같이 지락은 단락 대비 상대적으로 장주기로 전체 전류가 변화하고, 단락은 지락 대비 상대적으로 단주기로 전체 전류가 변화할 수 있다. In the graph of FIG. 8, the x-axis represents'time', and the y-axis represents'the total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage for each branch power line measured by the measuring unit (i, hereinafter referred to as'total current')'. Show. And, in FIG. 8,'curve η'is the total current curve corresponding to the ground fault, and'curve η' 'Represents the total current curve corresponding to the short circuit. t1 represents the point in time when the total current begins to exceed'the total current value (in) flowing through the branch power line in response to the safety voltage when it is in a steady state'. t2 represents a point in time when the
AI부(230)는 다음의 수학식에 따라, 전류 상승 기울기를 기 설정된 시간 마다 산출할 수 있다. The
여기서, here,
Δt : 전체 전류값(i)이 정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값(in)을 초과한 시점부터 단락과 지락 여부를 판단하는 시점까지의 시간 Δt: Time from when the total current value (i) exceeds the total current value (in) flowing through the branch power line in response to the safety voltage when the total current value (i) is in a normal state to the time when a short circuit or ground fault is judged
Δt : 전체 전류값(i)에서, 정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값(in)의 초과분Δt: Excess of the total current value (in) flowing through the branch power line in response to the safety voltage in the normal state in the total current value (i)
AI부(230)는 전류 상승 기울기가 기 설정된 기준 기울기를 초과하면 단락 징후인 것으로 판단할 수 있다. The
AI부(230)는 전류 상승 기울기가 기 설정된 기준 기울기 이하이면 지락 징후인 것으로 판단할 수 있다. The
AI부(230)는 지락 징후인 것으로 판단하는 것에 대응하여, 아래의 수학식에 따라, 지락율을 판단할 수 있다. In response to determining that it is a ground fault indication, the
수학식 5에서, ‘지락으로 판정되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 하한값’은 도 5에서 ‘in+ix’와 동일할 수 있다. In Equation 5,'the lower limit value of the total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage determined as a ground fault' may be the same as'in+ix' in FIG. 5.
AI부(230)는 산출된 지락율을 인터페이스를 통해 외부에 제공할 수 있다. 이에 의해, 운영자가 가로등 유지 보수 계획을 지락 전에 수립하게 할 수 있다. The
AI부(230)는 단락 징후인 것으로 판단하는 것에 대응하여, 아래의 수학식에 따라, 단락율을 판단할 수 있다. In response to determining that there is a short circuit indication, the
수학식 6에서, ‘단락으로 판정되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 하한값’은 도 5에서 ‘in+iy’와 동일할 수 있다. In Equation 6,'the lower limit value of the total current flowing through the branch power line corresponding to the safety voltage determined as a short circuit' may be the same as'in+iy' in FIG. 5.
AI부(230)는 산출된 단락율을 인터페이스를 통해 외부에 제공할 수 있다. 이에 의해, 운영자가 가로등 유지 보수 계획을 단락 전에 수립하게 할 수 있다. The
이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 운영 시스템에 대하여 설명한다. 본 발명의 요지를 명확히 하기 위해, 앞서 설명된 사항과 중복되는 사항은 생략하거나 간단히 한다. 앞서 설명된 구성과 기능 및 작용이 동일한 구성은 도 9에서 동일한 도면부호를 부여하였다. Hereinafter, an operating system according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9. In order to clarify the gist of the present invention, matters overlapping with those described above are omitted or simplified. Configurations having the same function and operation as those described above are given the same reference numerals in FIG. 9.
도 9를 참조하면, 운영 시스템은 가로등 분전반(10) 및 가로등 분전반(10)으로부터 전원을 공급 받는 가로등(L11, L12, L13, L14, L21, L22, L23, L31, L32)을 포함할 수 있다. 그리고, 가로등 분전반(10) 측에 안전전압을 이용한 가로등 모니터링 장치(100‘)가 구비될 수 있다. 모니터링 장치(100')는 안전전압공급부(110), 계측부(120) 및 제1통신부(140)를 포함할 수 있다. 제 1 통신부(140)는 계측부(120)의 계측값을 진단 서비스 장치(200')로 전송할 수 있다. 여기서, 계측값은 앞서 본 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값일 수 있다. 안전전압공급부(110) 및 계측부(120)의 기능 및 동작은 도 2에서와 같을 수 있다. Referring to FIG. 9, the operating system may include a street
모니터링 장치(100‘) 및 진단 서비스 장치(200’)는 통신망(300)을 통해 상호 통신할 수 있다. 이때, 통신망은 유선, 무선, 유무선 혼용의 형태를 가질 수 있으며 적용되는 통신 규격을 본 발명이 제한하지 않는다. The monitoring device 100' and the diagnostic service device 200' may communicate with each other through the
진단 서비스 장치(200‘)는 제 2 통신부(210), 빅데이터부(220), AI부(230) 및 진단부(130’)를 포함할 수 있다. 제2통신부(210)는 진단부(130‘)와 모니터링 장치(100') 간의 통신을 제공할 수 있다. 진단부(130‘)의 기능 및 동작은 도 2에서와 같을 수 있다. 다만, 진단부(130’)는 통신망(300)을 통해 계측부(120)의 계측값을 수집한다는 점, 통신망(300)을 통해 안전전압공급부(110)와 계측부(120) 간에 제어명령을 송수신하는 점에서 도 2의 진단부(130)와 차이점을 가질 수 있다. 빅데이터부(220) 및 AI부(230)의 기능 및 동작은 도 2에서와 같을 수 있다. The diagnostic service device 200' may include a
이하, 도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 진단부의 진단 방법에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 의해 앞서의 운영 시스템의 구성이 보다 명확해질 수 있다. 이하의 설명은 도 2 및 도 9의 진단부에 공통되게 적용될 수 있다. Hereinafter, a method of diagnosing a diagnosis unit according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 10. The configuration of the above operating system may be more clearly defined by the following description. The following description may be applied in common to the diagnosis unit of FIGS. 2 and 9.
먼저, 도 10을 참조하면, 안전전압공급부(110)가 분기 전원 라인에 안전전압을 공급할 수 있다(S1). 안전전압은 감전 위험이 없고 상용 전원 레벨 보다 전압 레벨이 낮은 교류 전압일 수 있다. 안전전압은 예를 들어, 30 [V]일 수 있다. 감전 위험을 고려하여, 30 [V] 보다 낮은 전압이 선택될 수도 있다. S1에서 안전전압의 공급을 개시한 때, 안전전압의 주파수는 기준 주파수일 수 있다. 여기서, 기준 주파수는 20 kHz일 수 있다. 안전 전압은 가로등이 소등되는 주간 시간대에 공급될 수 있다. First, referring to FIG. 10, the safety
계측부(120)는 CT(21, 22, 23, Current Transformer)를 이용해 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 검출할 수 있다(S2). 이를 위해, CT(21, 22, 23)는 분기 전원 라인의 분기 시작점에 설치될 수 있다. 이하, 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 i로 통칭한다. The
진단부(130)는 S2에서 계측부에 의해 계측된 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류를 이용해, 가로등 배전망의 이상 여부 및 이상 종류를 판정할 수 있다(S3, S4). S3과 S4는 그 순서를 달리하여 수행될 수 있다. 도 5를 참조하면, 이상 종류를 판정하기 위한 기준값이 설정될 수 있다. 도 5에서, ‘in’은 정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값(이하, ‘제 1 기준값’이라 칭함)일 수 있다. in은 예를 들어 30 A일 수 있다. 여기서, 정상상태라고 함은 분리 전원 라인 상에서 가로등 고장, 지락 및 단락 등과 같은 이상이 발생하지 않은 상태를 의미한다. The
‘in+ix’는 지락으로 판정되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 하한값(이하, ‘제 2 기준값’이라 칭함)일 수 있다. ix는 예를 들어, 10 A일 수 있다. ix는 설계자에 의해 임의로 선택될 수 있으며 현장 실정을 고려하여 in에 더해지는 지락에 대응한 추가 전류값일 수 있다. ‘in+iy'는 단락으로 판정되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 하한값(이하, ‘제 3 기준값’이라 칭함)일 수 있다. iy는 예를 들어, 20 A일 수 있다. iy는 설계자에 의해 임의로 선택될 수 있으며 현장 실정을 고려하여 in에 대해지는 단락에 대응한 추가 전류값일 수 있다. ’in-iz'는 가로등 고장으로 판정되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 상한값(이하, ‘제 4 기준값’이라 칭함)일 수 있다. iz는 예를 들어, 0.96 A일 수 있다. iz는 현장 실측에 의해 설정될 수 있다. iz는 분기 전원 라인에 연결된 가로등 중 분기 전원 라인 전체 전류의 감쇄가 가장 작은 가로등 고장 이벤트를 발생시키는 가로등의 고장에 대응한 분기 전원 라인 전체 전류 감쇄량일 수 있다. 예를 들어, 도 5에서 iz는 도 4의 i31일 수 있다. 'In+ix' may be a lower limit value of the total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage determined as a ground fault (hereinafter, referred to as a'second reference value'). ix may be, for example, 10 A. ix may be arbitrarily selected by the designer, and may be an additional current value corresponding to a ground fault added to in in consideration of the field situation. 'In+iy' may be a lower limit value of the total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage determined as a short circuit (hereinafter, referred to as a'third reference value'). iy may be, for example, 20 A. iy may be arbitrarily selected by a designer, and may be an additional current value corresponding to a short-circuit lost to in in consideration of field conditions. 'In-iz' may be an upper limit value of the total current flowing through the branch power line (hereinafter referred to as a'fourth reference value') in response to a safety voltage determined as a street light failure. iz can be, for example, 0.96 A. iz can be set by field survey. iz may be an amount of attenuation of the total current of the branch power line corresponding to a failure of a street light that causes a street light failure event in which the attenuation of the total current of the branch power line is the least among street lights connected to the branch power line. For example, iz in FIG. 5 may be i31 in FIG. 4.
S3에서, 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 제 4 기준값 이하이면, 해당 분기 전원 라인에 결선된 가로등에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이와 달리, 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류가 제 4 기준값 초과이면, 해당 분기 전원 라인에 결선된 가로등에 고장이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다. S3에서 가로등 고장이 아닌 것으로 판단되면, 진단부(130)가 지락 또는 단락 여부를 판단할 수 있다(S4). 이때, 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류가 제 2 기준값 이상이고 제 3 기준값 미만이면, 해당 분기 전원 라인에 지락이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이와 달리, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전류가 제 3 기준값 이상이면, 진단부(130)는 해당 분기 전원 라인에 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이와 달리, S4에서 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전류가 제 4 기준값 초과이고 제 2 기준값 미만이면 해당 분기 전원 라인에서 가로등 배전망의 이상이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다. S4에서 지락 또는 단락으로 판정된 경우, 진단부(130)는 외부에 지락 또는 단락임을 알리는 알람을 제공할 수 있다. In S3, if the total current i flowing through the branch power line in response to the safety voltage is less than or equal to the fourth reference value, the
S3에서 가로등 고장 이벤트가 발생한 것으로 판단되면, 안전전압 공급부(110)는 주파수를 가변할 수 있다. 이때, 안전전압 공급부(110)는 기준 주파수에서 주파수를 하향 조정하는 형태로 안전 전압의 주파수를 가변할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 제 2 분기 전원 라인을 기준으로 설명한다. 도 3을 참조하면, 제 2 분기 전원 라인(2b)에 제2-1가로등(L21) 제2-2가로등(L22), 제2-3가로등(L23)이 병렬로 결선되어 있음을 알 수 있다. 도 4는 도 3의 회로에서 선로 임피던스(ZL1, ZL2, ZL3) 및 가로등 임피턴스(Zlamp)를 고려한 전류 경로에서의 전류(i, i11, i12, i21, i22, i31)를 나타낸다. 이때, X 방향으로 본 분기 전원 라인의 등가 임피던스는 아래의 수학식과 같을 수 있다. When it is determined that a streetlight failure event has occurred in S3, the safety
여기서, here,
X : 선로의 유도성리액턴스X: Inductive reactance of the line
R : 등가 저항R: equivalent resistance
그리고, 상기 등가임피턴스에 기반해 산출되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)는 다음의 수학식과 같을 수 있다.In addition, the total current i flowing through the branch power line in response to the safety voltage calculated based on the equivalent impedance may be as shown in the following equation.
여기서, here,
V : 안전전압V: safety voltage
Z : 분기 전원 라인의 등가 임피던스Z: equivalent impedance of branch power line
i : 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류 i: Total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage
수학식 8에서 보는 바와 같이, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 크기는 주파수(f)의 영향이 크다. 따라서, 20 kHz와 같은 고주파를 이용해 진단을 하는 경우, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 크기가 매우 작을 수 있다. 따라서, CT의 검출 능력의 한계로 진단의 신뢰성이 낮을 수 있다. As shown in Equation 8, the magnitude of the total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage has a large influence on the frequency (f). Therefore, when a diagnosis is performed using a high frequency such as 20 kHz, the magnitude of the total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage may be very small. Therefore, the reliability of diagnosis may be low due to the limitation of the detection capability of the CT.
도 4를 참조하면, 고장 개수 및 고장 위치에 따라, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류는 상이할 수 있다. 예를 들어, 제2-3가로등(L23) 만이 고장이 난 경우, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류 i는 ‘in-i31'일 수 있다. 여기서, in은 분기 전원 라인에 배선된 가로등이 고장이 전혀 발생하지 않은 때의 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류일 수 있다. 따라서, in-i31에 해당하는 전류가 검출되면, 진단부(130)는 가로등 고장개수는 1 대이고, 고장 위치는 제2-3가로등(L23)임을 알 수 있다. Referring to FIG. 4, according to the number of faults and the location of the faults, the total current flowing through the branch power line may be different in response to the safety voltage. For example, when only the 2-3rd street light L23 fails, the total current i flowing through the branch power line in response to the safety voltage may be'in-i31'. Here, in may be the total current flowing through the branch power line in response to a safety voltage when a street light wired to the branch power line has no failure. Accordingly, when a current corresponding to in-i31 is detected, the
이 같은 점에 기반하여, 고장 개수 및 고장 위치 별로 고장에 따른 전류값을 특정할 수 있다. 이때, 안전전압의 주파수는 단일 주파수(예를 들어, 20 kHz)에 고정되는 것으로 가정한다. Based on this point, it is possible to specify the current value according to the fault by the number of faults and the fault location. In this case, it is assumed that the frequency of the safety voltage is fixed to a single frequency (eg, 20 kHz).
도 6은 가로등 고장 개수 및 고장 위치 별로 가로등 고장에 따른 전류값을 특정한 테이블이다. 도 6은 도 4에 도시된 전류(i, i11, i12, i21, i22, i31)에 기반하여 작성되었다. 도 6에서 ‘in'은 분기 전원 라인에서 가로등 고장, 지락 및 단락 등과 같은 이상이 전혀 발생하지 않은 때의 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류일 수 있다. 'i'는 계측부를 통해 실측되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류일 수 있다. 도 6에서 고장 위치 열은 L21, L22, L23에서 고장이 발생한 가로등을 나타내고, i11, i21, i31은 가로등 고장이 없는 상태에서 가로등에 흐르는 전류를 나타낸다. 6 is a table specifying the number of streetlight failures and current values according to the failures of the streetlights for each failure location. FIG. 6 was created based on the currents i, i11, i12, i21, i22, i31 shown in FIG. 4. In FIG. 6,'in' may be the total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage when no abnormality such as a street light failure, ground fault, or short circuit occurs in the branch power line. 'i' may be the total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage measured through the measurement unit. In FIG. 6, the fault location column represents a street light in which a fault occurs in L21, L22, and L23, and i11, i21, and i31 represent the current flowing through the street light in a state where there is no street light fault.
다만, 앞서 본 바와 같이, 계측부(120)를 통해 실측되는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)는 안전전압의 주파수 영향을 많이 받는다. 단일 고주파수 안전 전압을 이용하는 경우 유도성 리액턴스(X)가 클 수 있다. 따라서, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류 크기가 작을 수 있다. 따라서, 단일 고주파수 안전 전압에 대응한 분기 전원 라인 전체 전류를 이용해 고장개수 및 고장 구간을 구분하는 경우, 고장 개수 및 고장 구간의 구분이 용이하지 않을 수 있다. 달리 표현하면, 고장 개수 및 고장 구간에 대한 분해능이 낮아질 수 있다. 분해능을 높이기 위해, 안전전압의 크기를 높일 수는 없다. 이는 안전전압의 크기를 높일수록 감전의 위험이 높아지기 때문이다. 또한, 안전전압의 주파수를 낮출 수도 없다. 유도성 리액턴스는 선로의 경년 변화 등이 요소가 반영된 것으로, 재대로 검출이 되어야 하기 때문이다. 또한, CT의 검출 능력을 상향 조정하는 데에도 한계가 있다. 이는 제품 단가를 매우 높이게 되고, CT의 검출 능력 상향에도 한계 성능이 존재하기 때문이다. However, as previously seen, the total current i flowing through the branch power line in response to the safety voltage measured through the
즉, 도 6과 같은 테이블을 구비하고, 그 테이블 중 어느 열에 해당하는지 판단하는 것으로는 정확한 고장 개수 및 고장 구간에 대한 판단이 곤란할 수 있다. That is, it may be difficult to determine the exact number of failures and failure sections by having a table as shown in FIG. 6 and determining which row of the tables corresponds to.
도 7을 참조하면, 안전전압 주파수, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i), 고장 개수, 고장 위치의 매칭테이블을 나타낸다. Referring to FIG. 7, a matching table of the total current i flowing through the branch power line in response to the safety voltage frequency and the safety voltage, the number of failures, and the location of the failures is shown.
진단부(130)는 S3에서 가로등 고장 이벤트가 발생한 것으로 판단되면, 안전전압 주파수를 가변할 수 있다(S6). 진단부(130)는 가로등 고장 이벤트가 발생하면, 안전 전압 주파수를 지속적으로 낮추도록 안전전압 공급부(110)를 제어할 수 있다. 그리고, 진단부(130)는 안전 전압의 주파수를 가변하면서, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 앞서 본 제 1 기준값(정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값)이 되는 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 추출할 수 있다(S7). When it is determined that the streetlight failure event has occurred in S3, the
도 7은 안전 전압 주파수로 고장 개수 및 고장 구간을 추출하는 예시를 나타낸다. 이 같이 가로등 고장 이벤트가 발생한 경우, 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 앞서 본 제 1 기준값(정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값)이 되는 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 선택하는 것에 의해, 고장 구간 및 고장 위치에 대한 분해능이 높아질 수 있다. 이는 복수의 고장 구간 및 고장 위치를 각각 특정하는 주파수 또는 주파수 범위의 간격이 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류의 간격 대비 상당히 크기 때문이다. 진단부(130)는 안전 전압 주파수를 하향 조정하면서 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 제 1 기준값에 도달하는지 여부를 판단하고, 제 1 기준값에 도달하면 안전 전압의 주파수를 가변하도록 제어하는 것을 중단할 수 있다. 7 shows an example of extracting the number of failures and the failure section with a safe voltage frequency. In the event of such a street light failure, the total current (i) flowing through the branch power line in response to the safety voltage is the first reference value (total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage in a normal state). By selecting the safety voltage frequency or frequency range to be used, the resolution for the fault section and fault location can be increased. This is because the intervals of frequencies or frequency ranges that specify a plurality of fault sections and fault locations, respectively, are considerably larger than the intervals of the total current flowing through the branch power line corresponding to the safety voltage. The
그리고, 진단부(130)는 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 앞서 본 제 1 기준값(정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값)이 되는 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 선택하고, 그 주파수 또는 주파수 범위에 매칭되는 고장 개수 및 고장 구간 정보를 판정할 수 있다(S8). 이때, 진단부(130)의 고장 개수 및 고장 구간 정보의 판정에 도 7과 같은 매칭 테이블이 사용될 수 있다. 이와 달리, 고장 개수 및 고장 구간의 판정을 위한 별도의 판정 알고리즘, AI 엔진 등이 도입될 수도 있다. In addition, the
운영자는 현장 실측, 실험데이터 및 시뮬레이션 중 어느 하나의 방식을 이용해 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류(i)가 앞서 본 제 1 기준값(정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값)이 되는 안전 전압 주파수 또는 주파수 범위를 결정할 수 있다. The operator uses any one of field measurement, experimental data, and simulation to measure the total current (i) flowing through the branch power line in response to the safety voltage as the first reference value (the branch power line in response to the safety voltage when it is in a normal state). The safety voltage frequency or frequency range can be determined.
상기 방법은 그 전체 또는 일부로 수행될 수 있다. 그리고, 필요에 의해 그 순서를 달리하여 수행될 수도 있다.The method may be performed in whole or in part. And, if necessary, it may be performed in a different order.
1: 메인 전원 라인
2a, 2b, 2c : 서브 전원 라인
L11, L12, L13, L21, L22, L23, L31, L32 : 가로등
ZL1, ZL2, ZL2 : 선로 임피던스
Zlamp : 가로등 임피던스
10 : 가로등 분전반
100, 100‘ : 가로등 배전망 모니터링 장치
110 : 안전전압공급부
120 : 계측부
130, 130‘ : 진단부
200, 200‘ : 진단 서비스 장치
210 : 통신부
220 : 빅데이터부
230 : AI부
300 : 통신망1: main power line
2a, 2b, 2c: sub power line
L11, L12, L13, L21, L22, L23, L31, L32: Street light
ZL1, ZL2, ZL2: line impedance
Zlamp: streetlight impedance
10: Street light distribution board
100, 100': Street light distribution network monitoring device
110: safety voltage supply unit
120: measurement unit
130, 130': diagnosis department
200, 200': diagnostic service device
210: communication department
220: Big Data Department
230: AI part
300: communication network
Claims (5)
빅데이터부 상의 전체 전류를 사용해 가로등 배전망의 이상 징후를 판단하는 AI부를 포함하고,
상기 AI부는 가로등 고장 확률, 단락율 및 지락율을 이용하여 이상 징후를 판단하며,
상기 가로등 고장 확률은 아래의 수학식
[수학식]
여기서,
i : 계측부에 의해 계측된 분기 전원 라인 별로 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류
in : 정상상태일 때 안전 전압에 대응해 분기 전원 라인에 흐르는 전체 전류값
iz : 분기 전원 라인에 연결된 가로등 중 분기 전원 라인 전체 전류의 감쇄가 가장 작은 가로등 고장 이벤트를 발생시키는 가로등의 고장에 대응한 분기 전원 라인 전체 전류 감쇄량
에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 빅데이터 및 AI 기반 가로등 포털 운영 시스템.
A big data unit that collects the total current from at least one streetlight distribution network in real time; And
It includes an AI section that uses the total current on the big data section to determine signs of abnormalities in the streetlight distribution network,
The AI unit judges abnormal signs using the streetlight failure probability, short circuit rate, and ground fault rate,
The probability of failure of the street light is the following equation
[Equation]
here,
i: Total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage for each branch power line measured by the measuring unit
in: Total current flowing through the branch power line in response to the safety voltage in a normal state
iz: Attenuation of the total current of the branch power line in response to the failure of the street light that causes the streetlight failure event with the smallest attenuation of the total current of the branch power line among streetlights connected to the branch power line.
Big data and AI-based streetlight portal operation system, characterized in that calculated by.
상기 지락율은 아래의 수학식
[수학식]
에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 빅데이터 및 AI 기반 가로등 포털 운영 시스템.
The method of claim 1,
The ground fault rate is the following equation
[Equation]
Big data and AI-based streetlight portal operation system, characterized in that calculated by.
상기 단락율은 아래의 수학식
[수학식]
에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 빅데이터 및 AI 기반 가로등 포털 운영 시스템.
The method of claim 1,
The short circuit rate is the following equation
[Equation]
Big data and AI-based streetlight portal operation system, characterized in that calculated by.
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KR1020200120254A KR102254312B1 (en) | 2020-09-18 | 2020-09-18 | streetlight portal operating system based on bigdata and AI |
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