KR20150080063A - 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 방법 및 장치 - Google Patents

확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영구자석 동기 발전기에서 3상 전류센서를 통해 측정된 전류와 확장형 칼만 필터를 이용하여 고정자 각상 권선의 인덕턴스와 저항 값을 계산하고, 계산된 값을 임계치와 비교하여 전동기의 이상을 실시간으로 진단할 수 있도록 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 장치는, 전동기의 고정자 3상(a, b, c) 권선에 흐르는 3상 전류를 측정하는 3상 전류센서; 상기 산출된 3상 전류를 이용하여 상기 고정자 3상 권선에서 각 상(a, b, c) 권선의 인덕턴스 및 저항 값을 확장형 칼만 필터에 적용하여 산출하는 파라미터 산출부; 및 상기 산출된 인덕턴스 값과 저항 값을 임계치와 비교하여 상기 전동기의 고장 상태를 진단하는 제어 유닛부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 방법 및 장치{Device and method of trouble diagnosis for synchronous generator using an extended Kalman filter}
본 발명은 영구자석 동기 발전기의 고정자 권선의 인덕턴스와 저항 값을 추정하여 전동기의 고장을 진단하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 영구자석 동기 발전기에서 3상 전류센서를 통해 측정된 전류와 확장형 칼만 필터를 이용하여 고정자 각상 권선의 인덕턴스와 저항 값을 계산하고, 계산된 값을 임계치와 비교하여 전동기의 이상을 실시간으로 진단할 수 있도록 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 동기 발전기(synchronous generator, 同期發電機)는 기계 동력을 전기 출력으로 변환하는 동기 교류 발전기로서, 정속도로 운전하여 일정 주파수의 교류전력을 발생한다. 자계는 직류로 여자된다. 영구자석 동기전동기(永久磁石同期電動機, Permanent Magnet synchronous Motor, PMG)는 계자에 영구자석을 사용한 동기 전동기이다.
종래 영구자석 동기 발전기의 고장 진단 방법은 정지 시 고장을 검출하는 방법으로 영구자석 동기 발전기에 검사 신호를 인가하여 출력되는 신호를 분석하여 고정자의 고장을 검출한다.
정지 시 고장을 검출하는 방법은 운전 중인 영구자석 동기발전기의 동작을 정지시켜야 한다. 고장을 검출하는 과정이 진행되는 동안 영구자석 동기 발전기는 동작될 수 없으며, 이로 인해 산업체의 경제적인 손실이 발생한다.
대용량의 영구자석 동기 발전기는 운전 중에 완전히 정지 될 때까지 많은 시간이 필요하며, 다시 정상 운전 상태로 돌아가기 위해서도 많은 시간과 에너지가 필요하므로 산업체의 경계적인 손실로 이어진다.
종래 영구자석 동기 발전기는 운전 장치와 연결되어 동작되며, 운전 장치는 전력계통과 연결된다. 영구자석 동기 발전기의 고장은 그 자체로 끝나지 않고 운전 장치, 전력계통까지 악영향을 끼칠 수 있어, 사전에 영구자석 동기 발전기의 이상을 감시하고자 하는 노력이 지속적으로 진행되고 있는 실정이다.
또한, 종래의 영구자석 동기 발전기의 고장을 진단하기 위해서는 고가의 검사장비가 요구되는 단점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제2004-0056232호(공개일 : 2004년06월30일)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 영구자석 동기 발전기에서 3상 전류센서를 통해 측정된 전류와 확장형 칼만 필터를 이용하여 고정자 각상 권선의 인덕턴스와 저항 값을 계산하고, 계산된 값을 임계치와 비교하여 전동기의 이상을 실시간으로 진단할 수 있도록 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 방법 및 장치를 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전동기의 고정자 3상(a, b, c) 권선에 흐르는 3상 전류를 측정하는 3상 전류센서; 상기 산출된 3상 전류를 이용하여 상기 고정자 3상 권선에서 각 상(a, b, c) 권선의 인덕턴스 및 저항 값을 확장형 칼만 필터에 적용하여 산출하는 파라미터 산출부; 및 상기 산출된 인덕턴스 값과 저항 값을 임계치와 비교하여 상기 전동기의 고장 상태를 진단하는 제어 유닛부를 포함하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 장치가 제공된다.
또한, 상기 제어 유닛부의 제어에 따라 상기 전동기의 고장 상태를 알리는 알람(Alarm) 신호를 출력하는 고장 알람부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 파라미터 산출부는, 상기 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 a상의 인덕턴스와 저항 성분이 포함된 a상 전류/전압 방정식을 구분하고, 상기 a상 전류/전압 방정식을 선형화하여 다음 수학식에 따라 확장형 칼만 필터에 적용할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, 행렬 Q, P 및 R은 확장형 칼만 필터의 이득을 나타낸다.
또한, 상기 확장형 칼만 필터의 결과값 Aa와 Bb를 이용해 다음 수학식에 따라 a상의 인덕턴스(La) 및 저항(Ra) 값을 산출하게 된다.
Figure pat00002
또한, 상기 파라미터 산출부는, 상기 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 b상과 c상의 전류/전압 방정식을 구분하여 확장형 칼만 필터를 적용해 Ab, Bb, Ac, Bc를 산출하고, 산출된 Ab, Bb, Ac, Bc를 이용하여 다음 수학식에 따라 b상과 c상의 인덕턴스(Lb, Lc) 및 저항(Rb, Rc) 값을 산출하게 된다.
Figure pat00003
그리고, 상기 제어 유닛부는, 각 상의 인덕턴스 값이 최대 인덕턴스 값보다 크거나 최소 인덕턴스 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하고, 각 상의 저항 값이 최대 저항 값보다 크거나 최소 저항 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하게 된다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 3상 전류센서와 파라미터 산출부, 제어 유닛부 및 고장 알람부를 포함하는 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법으로서, (a) 상기 3상 전류센서가 전동기의 고정자 3상(a, b, c) 권선에 흐르는 3상 전류를 측정하는 단계; (b) 상기 파라미터 산출부가 상기 산출된 3상 전류를 이용하여 각 상(a, b, c) 권선의 인덕턴스 및 저항 값을 확장형 칼만 필터에 적용하여 산출하는 단계; (c) 상기 제어 유닛부가 상기 산출된 각 상의 인덕턴스 값과 저항 값을 임계치와 비교하여 상기 전동기의 고장 상태를 진단하는 단계; 및 (d) 상기 고장 알람부가 상기 전동기의 고장 상태를 알리는 알람(Alarm) 신호를 출력하는 단계를 포함하는 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법이 제공된다.
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 파라미터 산출부가 상기 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 a상의 인덕턴스와 저항 성분이 포함된 a상 전류/전압 방정식을 구분하고, 상기 a상 전류/전압 방정식을 선형화하여 다음 수학식에 따라 확장형 칼만 필터에 적용할 수 있다.
Figure pat00004
여기서, 행렬 Q, P 및 R은 확장형 칼만 필터의 이득을 나타낸다.
또한, 상기 확장형 칼만 필터의 결과값 Aa와 Bb를 이용해 다음 수학식에 따라 상기 a상의 인덕턴스(La) 및 저항(Ra) 값을 산출하게 된다.
Figure pat00005
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 파라미터 산출부가 상기 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 b상과 c상의 전류/전압 방정식을 구분해 확장형 칼만 필터를 적용하여 Ab, Bb, Ac, Bc를 산출하고, 산출된 Ab, Bb, Ac, Bc를 이용하여 다음 수학식에 따라 b상과 c상의 인덕턴스(Lb, Lc) 및 저항(Rb, Rc) 값을 산출하게 된다.
Figure pat00006
그리고, 상기 (c) 단계는, 상기 제어 유닛부가 각 상의 인덕턴스 값이 최대 인덕턴스 값보다 크거나 최소 인덕턴스 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하고, 각 상의 저항 값이 최대 저항 값보다 크거나 최소 저항 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하게 된다.
본 발명에 의하면, 추가적인 센서를 이용하지 않으며, 영구자석 동기 발전기 제어를 위해 사용되는 고정자 각 상에 연결된 전류센서에서 각 상 전류 정보만을 이용하여 각 상의 인덕턴스와 저항 값을 산출해 임계치와 비교함으로써 전동기의 이상을 실시간으로 진단할 수 있다.
또한, 3상 전류센서를 동기발전기의 제어에 사용하게 됨으로써 별도의 고가의 검사장비가 필요치 않게 된다.
또한, 산업체에서 운전 중인 영구자석 동기발전기의 상태를 정확히 진단하여, 발전기의 고장을 신속히 발견하고 정지시켜, 발전기의 고장으로 인해 발생하는 피해를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동기 발전기 고장 진단 장치를 설명하기 위한 주요 기능 블럭을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 확장형 칼만 필터의 3상 전류 추종 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 다른 확장형 칼만 필터의 3상 인덕턴스와 저항 추종 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 최대 허용 인덕턴스와 최소 허용 인덕턴스를 포함하는 인덕턴스 임계치의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 최대 허용 저항과 최소 허용 저항을 포함하는 저항 임계치의 한 예를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 방법 및 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 첨부도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
영구자석 동기 발전기의 경우, 고정자에서 층간 단락이 발생할 경우 인덕턴스 성분이 감소하며, 과전류로 인해 고정자가 손실 되었을 경우 저항 성분이 증가한다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 이러한 현상을 이용하여 동기 발전기의 고정자 고장을 각 상의 인덕턴스와 저항 성분을 산출하여 진단하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동기 발전기 고장 진단 장치를 설명하기 위한 주요 기능 블럭을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 동기 발전기 고장 진단 장치(100)는, 3상 전류센서(110)와 파라미터 산출부(120), 제어 유닛부(130) 및 고장 알람부(140)를 포함한다. 여기서, 파라미터 산출부(120)와 고장 알람부(140)는 제어 유닛부(130)에 포함되는 것으로 구성할 수 있다. 따라서, 파라미터 산출부(120), 제어 유닛부(130) 및 고장 알람부(140)는 하나의 제어 유닛부로 표시할 수도 있다.
3상 전류센서(110)는 전동기의 고정자 3상(a, b, c) 권선에 흐르는 3상 전류를 측정한다.
즉, 3상 전류센서(110)는 다음 수학식 1에 따른 3상의 전류/전압 방정식을 이용하여 영구자석 동기 발전기의 3상 전류를 측정한다.
Figure pat00007
수학식 1에서, a상의 인덕턴스와 저항 성분이 포함된 a상 전류/전압 방정식을 구분하여 행렬로 나타내면 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00008
수학식 1과 수학식 2에서, Va, Vb, Vc는 제어 유닛부(130)의 각 상의 지령 전압을 나타내고, ea, eb, ec는 역기전력을 나타낸다. 또한, 수학식 2에서 Aa는 a상의 저항 값을 나타내고, Ba는 a상의 인덕턴스 값을 나타낸다.
수학식 2를 확장형 칼만 필터에 적용하기 위해 선형화하면 다음 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00009
파라미터 산출부(120)는 산출된 3상 전류를 이용하여 고정자 3상 권선에서 각 상(a, b, c) 권선의 인덕턴스 및 저항 값을 확장형 칼만 필터에 적용하여 산출하게 된다.
또한, 파라미터 산출부(120)는, 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 a상의 인덕턴스와 저항 성분이 포함된 a상 전류/전압 방정식을 구분하고, a상 전류/전압 방정식을 선형화 한 후 확장형 칼만 필터에 적용하여 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00010
여기서, 행렬 Q, P 및 R은 확장형 칼만 필터의 이득을 나타낸다.
또한, 파라미터 산출부(120)는 확장형 칼만 필터의 결과값 Aa와 Ba를 이용해 다음 수학식 5에 따라 a상의 인덕턴스(La) 및 저항(Ra) 값을 산출하게 된다.
Figure pat00011
또한, 파라미터 산출부(120)는, 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 b상과 c상의 전류/전압 방정식을 구분하여 확장형 칼만 필터를 적용해 Ab, Bb, Ac, Bc를 산출하고, 산출된 Ab, Bb, Ac, Bc를 이용하여 다음 수학식 6에 따라 b상과 c상의 인덕턴스(Lb, Lc) 및 저항(Rb, Rc) 값을 산출하게 된다.
Figure pat00012
제어 유닛부(130)는 산출된 인덕턴스 값과 저항 값을 임계치와 비교하여 전동기의 고장 상태를 진단하게 된다.
그리고, 제어 유닛부(130)는, 각 상의 인덕턴스 값이 최대 인덕턴스 값보다 크거나 최소 인덕턴스 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하고, 각 상의 저항 값이 최대 저항 값보다 크거나 최소 저항 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하게 된다.
고장 알람부(140)는 제어 유닛부(130)의 제어에 따라 전동기의 고장 상태를 알리는 알람(Alarm) 신호를 출력한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 동기 발전기 고장 진단 장치(100)는, 먼저 3상 전류센서(110)가 전동기의 고정자 3상(a, b, c) 권선에 흐르는 3상 전류를 측정한다(S210).
이때, 3상 전류센서(110)를 통해 측정된 3상(a, b, c) 전류는 수학식 1에 따른 3상의 전류/전압 방정식을 이용하여 나타낸다.
이어, 파라미터 산출부(120)는 측정된 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서, a상 전류/전압 방정식을 구분하여 선형화 한 후, 확장형 칼만 필터에 적용한다(S220).
즉, 파라미터 산출부(120)는 수학식 1에 나타낸 바와 같이 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서, 수학식 2에 나타낸 바와 같이 a상의 인덕턴스와 저항 성분이 포함된 a상 전류/전압 방정식을 구분하고, 수학식 3에 나타낸 바와 같이 a상 전류/전압 방정식을 선형화 한 후, 확장형 칼만 필터에 적용하여 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다. 수학식 4에서, 행렬 Q, P 및 R은 확장형 칼만 필터의 이득을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 이용하는 확장형 칼만 필터는 선형(Linear)적인 모델 뿐만 아니라 비선형(Nonlinear)적인 모델에도 적용할 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따라 확장형 칼만 필터를 이용하여 3상 전류를 추종하면 도 3에 도시된 바와 같이 a상의 전류(Ia), b상의 전류(Ib), c상의 전류(Ic)에 대한 전류 파형을 얻을 수 있다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 확장형 칼만 필터의 3상 전류 추종 결과를 나타낸 도면이다.
이어, 파라미터 산출부(120)는 확장형 칼만 필터의 결과값 Aa와 Ba를 이용해 수학식 5에 나타낸 바와 같이 a상의 인덕턴스(La) 및 저항(Ra) 값을 산출한다(S230).
이어, 파라미터 산출부(120)는 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 b상과 c상의 전류/전압 방정식을 구분하고, b상과 c상의 전류/전압 방정식을 선형화 한 후 확장형 칼만 필터를 적용하여 Ab, Bb, Ac, Bc를 산출한다(S240).
이어, 파라미터 산출부(120)는 산출된 Ab, Bb, Ac, Bc를 이용하여 수학식 6에 나타낸 바와 같이 b상과 c상의 인덕턴스(Lb, Lc) 및 저항(Rb, Rc) 값을 산출한다(S250).
또한, 본 발명의 실시예에 따라 확장형 칼만 필터를 이용하여 3상의 인덕턴스와 저항을 추종하면 도 4에 도시된 바와 같이 a상의 저항(Ra)과 인덕턴스(La), b상의 저항(Rb)과 인덕턴스(Lb), c상의 저항(Rc)과 인덕턴스(Lc)에 대한 결과를 얻을 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시예에 다른 확장형 칼만 필터의 3상 인덕턴스와 저항 추종 결과를 나타낸 도면이다.
이어, 제어 유닛부(130)가 산출된 각 상의 인덕턴스 값과 저항 값을 임계치와 비교하여 전동기의 고장 상태를 진단한다(S260).
즉, 제어 유닛부(130)는 도 5에 도시된 바와 같이 각 상의 인덕턴스 값이 최대 인덕턴스 값보다 크거나, 최소 인덕턴스 값보다 작을 경우에 동기 발전기가 고장이라 진단한다. 또한, 제어 유닛부(130)는 도 6에 도시된 바와 같이 각 상의 저항 값이 최대 저항 값보다 크거나, 최소 저항 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하게 되는 것이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 최대 허용 인덕턴스와 최소 허용 인덕턴스를 포함하는 인덕턴스 임계치의 한 예를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 최대 허용 저항과 최소 허용 저항을 포함하는 저항 임계치의 한 예를 나타낸 도면이다.
이어, 고장 알람부(140)는 제어 유닛부(130)의 제어에 따라 전동기의 고장 상태를 알리는 알람(Alarm) 신호를 출력한다(S270).
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 영구자석 동기 발전기에서 3상 전류센서를 통해 측정된 전류와 확장형 칼만 필터를 이용하여 고정자 각상 권선의 인덕턴스와 저항 값을 계산하고, 계산된 값을 임계치와 비교하여 전동기의 이상을 실시간으로 진단할 수 있도록 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 방법 및 장치를 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 영구자석 동기 발전기에서 3상 전류센서를 통해 측정된 전류와 확장형 칼만 필터를 이용하여 고정자 각상 권선의 인덕턴스와 저항 값을 계산하고, 계산된 값을 임계치와 비교하여 전동기의 이상을 실시간으로 진단할 수 있도록 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 방법 및 장치에 적용할 수 있다.
100 : 동기 발전기 고장 진단 장치
110 : 3상 전류센서
120 : 파라미터 산출부
130 : 제어 유닛부
140 : 고장 알람부

Claims (11)

  1. 전동기의 고정자 3상(a, b, c) 권선에 흐르는 3상 전류를 측정하는 3상 전류센서;
    상기 산출된 3상 전류를 이용하여 상기 고정자 3상 권선에서 각 상(a, b, c) 권선의 인덕턴스 및 저항 값을 확장형 칼만 필터에 적용하여 산출하는 파라미터 산출부; 및
    상기 산출된 인덕턴스 값과 저항 값을 임계치와 비교하여 상기 전동기의 고장 상태를 진단하는 제어 유닛부;
    를 포함하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 유닛부의 제어에 따라 상기 전동기의 고장 상태를 알리는 알람(Alarm) 신호를 출력하는 고장 알람부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 파라미터 산출부는, 상기 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 a상의 인덕턴스와 저항 성분이 포함된 a상 전류/전압 방정식을 구분하고, 상기 a상 전류/전압 방정식을 선형화하여 다음 수학식에 따라 확장형 칼만 필터에 적용하는 것을 특징으로 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 장치.
    Figure pat00013

    여기서, 행렬 Q, P 및 R은 확장형 칼만 필터의 이득을 나타낸다.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 확장형 칼만 필터의 결과값 Aa와 Bb를 이용해 다음 수학식에 따라 a상의 인덕턴스(La) 및 저항(Ra) 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 장치.
    Figure pat00014

  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 파라미터 산출부는, 상기 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 b상과 c상의 전류/전압 방정식을 구분하여 확장형 칼만 필터를 적용해 Ab, Bb, Ac, Bc를 산출하고, 산출된 Ab, Bb, Ac, Bc를 이용하여 다음 수학식에 따라 b상과 c상의 인덕턴스(Lb, Lc) 및 저항(Rb, Rc) 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 장치.
    Figure pat00015

  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 유닛부는, 각 상의 인덕턴스 값이 최대 인덕턴스 값보다 크거나 최소 인덕턴스 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하고, 각 상의 저항 값이 최대 저항 값보다 크거나 최소 저항 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하는 것을 특징으로 하는 확장형 칼만 필터를 이용한 동기 발전기의 고장 진단 장치.
  7. 3상 전류센서와 파라미터 산출부, 제어 유닛부 및 고장 알람부를 포함하는 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법으로서,
    (a) 상기 3상 전류센서가 전동기의 고정자 3상(a, b, c) 권선에 흐르는 3상 전류를 측정하는 단계;
    (b) 상기 파라미터 산출부가 상기 산출된 3상 전류를 이용하여 각 상(a, b, c) 권선의 인덕턴스 및 저항 값을 확장형 칼만 필터에 적용하여 산출하는 단계;
    (c) 상기 제어 유닛부가 상기 산출된 각 상의 인덕턴스 값과 저항 값을 임계치와 비교하여 상기 전동기의 고장 상태를 진단하는 단계; 및
    (d) 상기 고장 알람부가 상기 전동기의 고장 상태를 알리는 알람(Alarm) 신호를 출력하는 단계;
    를 포함하는 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 상기 파라미터 산출부가 상기 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 a상의 인덕턴스와 저항 성분이 포함된 a상 전류/전압 방정식을 구분하고, 상기 a상 전류/전압 방정식을 선형화하여 다음 수학식에 따라 확장형 칼만 필터에 적용하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법.
    Figure pat00016

    여기서, 행렬 Q, P 및 R은 확장형 칼만 필터의 이득을 나타낸다.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 확장형 칼만 필터의 결과값 Aa와 Bb를 이용해 다음 수학식에 따라 상기 a상의 인덕턴스(La) 및 저항(Ra) 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법.
    Figure pat00017

  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 상기 파라미터 산출부가 상기 3상 전류를 이용한 3상의 전류/전압 방정식에서 b상과 c상의 전류/전압 방정식을 구분해 확장형 칼만 필터를 적용하여 Ab, Bb, Ac, Bc를 산출하고, 산출된 Ab, Bb, Ac, Bc를 이용하여 다음 수학식에 따라 b상과 c상의 인덕턴스(Lb, Lc) 및 저항(Rb, Rc) 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법.
    Figure pat00018

  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 제어 유닛부가 각 상의 인덕턴스 값이 최대 인덕턴스 값보다 크거나 최소 인덕턴스 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하고, 각 상의 저항 값이 최대 저항 값보다 크거나 최소 저항 값보다 작을 경우에 고장이라 진단하는 것을 특징으로 하는 영구자석 동기 발전기의 확장형 칼만 필터를 이용한 고장 진단 방법.
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