[논문]반복 이산 웨이브릿 변환을 이용한 주파수 추정 기법

박철원

doi:10.5370/kieep.2011.60.2.076

반복 이산 웨이브릿 변환을 이용한 주파수 추정 기법
Frequency Estimation Technique using Recursive Discrete Wavelet Transform 원문보기

전기학회논문지. The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. P, v.60 no.2, 2011년, pp.76 - 81

Abstract ▼ AI-Helper

Power system frequency is the main index of power quality indicating an abnormal state and disturbances of systems. The nominal frequency is deviated by sudden change in generation and load or faults. Power system is used as frequency relay to detection for off-nominal frequency operation and connecting a generator to an electrical system, and V/F relay to detection for an over-excitation condition. Under these circumstances, power system should maintain the nominal frequency. And frequency and frequency deviation should accurately measure and quickly estimate by frequency measurement device. The well-known classical method, frequency estimation technique based on the DFT, could be produce the gain error in accuracy. To meet the requirements for high accuracy, recently Wavelet transforms and analysis are receiving new attention. The Wavelet analysis is possible to calculate the time-frequency analysis which is easy to obtain frequency information of signals. However, it is difficult to apply in real-time implementation because of heavy computation burdens. Nowadays, the computational methods using the Wavelet function and transformation techniques have been searched on these fields. In this paper, we apply the Recursive Discrete Wavelet Transform (RDWT) for the frequency estimation. In order to evaluate performance of the proposed technique, the user-defined arbitrary waveforms are used.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 기존의 웨이브릿 분석의 실시간 적용시 단점을 보완하기 위해 단일 반복 방정식 형태로 연산 부담을 감소시켜 실시간 신호 처리에 적당한 RDWT을 이용한 주파수 추정 기법을 제안하였다. 주파수 변동 신호와 사용자 정의 임의 신호를 활용하여 제시된 기법의 성능을 평가하였다.
이에 본 논문에서는 RDWT에 의한 주파수 추정 기법을 제시하고자 한다. 2장에서는 웨이브릿 변환의 개념과 RDWT에 의한 주파수 추정 알고리즘을 소개한다.

제안 방법

기본 주파수 60[Hz]를 기준으로 각각 10[Hz], 1[Hz], 0.1[Hz]씩 증가하거나 감소하며 변동하는 경우에 대해 제시된 기법의 성능을 평가하였다. 그림 3은 테스트에 사용된 주파수 변동 신호이다.
제시된 추정 기법의 성능을 평가하기 위해서 식(14)와 같이 정규 주파수 60[Hz]를 기반으로 5고조파가 30%, 7고조파가 10%로 함유된 사용자 정의 임의 신호를 생성하여 테스트를 수행하였다.
본 논문에서는 기존의 웨이브릿 분석의 실시간 적용시 단점을 보완하기 위해 단일 반복 방정식 형태로 연산 부담을 감소시켜 실시간 신호 처리에 적당한 RDWT을 이용한 주파수 추정 기법을 제안하였다. 주파수 변동 신호와 사용자 정의 임의 신호를 활용하여 제시된 기법의 성능을 평가하였다. 주파수 변동 신호에 의한 테스트 결과, 기본파를 기준으로 변동 폭이 감소할수록 그에 따른 주파수 추정 오차도 감소하는 것을 알 수 있었다.
그림 7은 사용자 정의 임의 신호에 대한 제시된 알고리즘의 주파수 추정 결과이다. 처음부터 고조파를 합성한 신호와 고조파를 순차적으로 합성한 신호에 대해 테스트를 실시하였다. 그림 7에서 알 수 있듯이 RDWT에 의한 주파수 추정 기법은 고조파가 함유된 경우에 추정 초기에만 약 ±0.

성능/효과

주파수 변동 신호에 의한 테스트 결과, 기본파를 기준으로 변동 폭이 감소할수록 그에 따른 주파수 추정 오차도 감소하는 것을 알 수 있었다. 또 제시된 기법은 고조파가 함유된 경우와 크기가 변동하는 경우에도 큰 무리 없이 우수한 주파수 추정 성능을 나타내었다. 전반적으로 제시된 기법은 빠른 응답 특성과 광범위한 주파수 편차 이상에서도 정확한 주파수 추정 성능을 나타내었다.
또 제시된 기법은 고조파가 함유된 경우와 크기가 변동하는 경우에도 큰 무리 없이 우수한 주파수 추정 성능을 나타내었다. 전반적으로 제시된 기법은 빠른 응답 특성과 광범위한 주파수 편차 이상에서도 정확한 주파수 추정 성능을 나타내었다. 따라서 고속의 정확성을 필요로 하는 주파수 계측 장치에 그 활용이 가능할 것으로 기대된다.
반면에 기본파를 기준으로 그 이상으로 변동하는 경우에는 변동폭이 클수록 주파수 추정 오차도 증가함을 알 수 있다. 주파수 변동 신호에 의한 테스트 결과 추정 오차는 주파수 변동 직후에 크게 발생되며, 주파수 변동 폭이 커질수록 그에 따른 오차도 증가하는 것을 알 수 있었다.
주파수 변동 신호와 사용자 정의 임의 신호를 활용하여 제시된 기법의 성능을 평가하였다. 주파수 변동 신호에 의한 테스트 결과, 기본파를 기준으로 변동 폭이 감소할수록 그에 따른 주파수 추정 오차도 감소하는 것을 알 수 있었다. 또 제시된 기법은 고조파가 함유된 경우와 크기가 변동하는 경우에도 큰 무리 없이 우수한 주파수 추정 성능을 나타내었다.

후속연구

전반적으로 제시된 기법은 빠른 응답 특성과 광범위한 주파수 편차 이상에서도 정확한 주파수 추정 성능을 나타내었다. 따라서 고속의 정확성을 필요로 하는 주파수 계측 장치에 그 활용이 가능할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	주파수 추정 기법 중 DFT 필터를 적용한 기법의 단점을 보완하기 위해 어떤 기법들이 제안되었는가?	가장 보편적인 DFT 필터를 적용한 기법은 계산량이 적기 때문에 광범위하게 응용되었다[6～10]. 그러나 이 기법은 주파수가 정규 값으로부터 벗어났을때 오차가 발생되는데, 단점을 보완하기 위해 샘플링 간격 조정[11], 가변 데이터 윈도우[12], 재귀 직교필터의 정확한 이득[13]에 의한 피드백 루프에 기반을 둔 몇몇 적응 기법들이 제안되었다. 또 고정된 신호 모델에 근거한 확장된 칼만 필터[14]와 반복 최소 자승 알고리즘[15]을 포함한 비선형 곡선 근사 기법들은 기본 주파수 추정에 활용되었다.
	전력시스템 주파수는 어떤 성능지수인가?	전력시스템 주파수는 계통의 비정상 상태와 외란을 나타내는 전력품질의 주요 성능지수이다[1]. 이는 일반적인 주파수 계전기용도 이외에 전력시스템에 대용량 집중전원 및 소규모 분산전원이 연계될 때 동기 검정 계전기(synchro check relay)와 발전기 및 소내 변압기의 과여자 상태를 감지하는 V/F 계전기에서도 사용된다[2,3].
	고전적인 웨이브릿 분석의 특징은 무엇인가?	최근 웨이브릿 변환(Wavelet Transform) 및 분석이 새로운 주목을 받고 있다. 고전적인 웨이브릿 분석은 시간-주파수 분석 계산이 가능하고 신호의 주파수 정보를 습득하는데 쉬우나 많은 계산량 때문에 실시간 적용에 어려움을 있었다[18,19]. 이에 웨이브릿 함수 및 변환에 대한 연구가 지속된 결과, 단일(single-direction) 반복 방정식 형태로 연산 부담이 적어 실시간 신호 처리에 적당한 반복 이산 웨이브릿 변환(RDWT:Recursive Discrete Wavelet Transform)이 제시 되었다[20～24].

참고문헌 (24)

Chul Won Park, "Development of Network Based Frequency Monitoring and Fault Prediction System for Wide Area Intelligent Relaying", 2008 Energy R&D projects, 2 year report, pp. 1-74, 2010.11.
Richard A. Evans, "A Manual/Automatic Synchroni zation Circuit for a 37.5-MVA Steam-Turbine-Driven Generator", IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 26, No. 6, pp. 1081-1085, Nov./Dec. 1990.

상세보기
Tevifik Sezi, "A New Method for Measuring Power System Frequency", 0-7803-5515-6/99 pp. 400-405, 1999 IEEE.
Chul Won Park, "Development of Prototype Multifunction IED for Internal Fault Protection of Large Generator", 2010 Energy R&D projects, proposal, pp. 1-44, 2010.6.
IEEE Power System Relaying Committee, "IEEE Guide for Abnormal Frequency Protection for Power Generating Plants (C37.106-2003)", pp. 1-41, 2003.
Young-Hwan Mun, Tae-Hyun Kim "Korean-area power system monitoring system (K-WAMS)", The final report and presentation, pp. 44-46, 2009.8.
C.W. Park, Y.S. Kim, "A Comparative Study of Frequency Estimation Techniques", IEEE T&D Asia Conference, PO13-4, Oct., 2009.
A.G. Phadke, J.S. Thorp, "A new measurement technique for tracking voltage phasor, local system frequency, and rate of change of frequency", IEEE Trans. on PAS., Vol. PAS-102, No. 5, pp. 1025-1034, May, 1983.

상세보기
S.R. Nam, S.H. Kang, J.K. Park, "An Algorithm for Power Frequency Estimation using the Difference between the Gain of Cosine and Sine Filters", KIEE Trans, Vol. 55A, No. 6, pp. 249-254, Jun., 2006.
Chul Won Park, Yoon Sang Kim, "Advanced Frequency Estimation Technique using Gain Compensation", International Symposium MEPS'10 Session 15, 15.1.pdf, 2010.9.20-22.
T.S. Sidhu, M. S. Sachdev, "An Iterative Technique for Fast and Accurate Measurement of Power System Frequency", IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 13, No. 1, pp. 109-11, 1998.
D. Hart, D. Novosel, Y. Hu, B. Smith, M. Egolf, "A New Frequency Tracking and Phasor Estimation Algorithm for Generator Protection", IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 12, No. 3, pp. 1064-1073, 1997.

상세보기
P.J. Moore, R.D. Carranza, A.T. Johns, "A new numeric technique for high speed evaluation of power system frequency", IEE Proc. Gener. Transm. Distrib., Vol. 141, No. 5, pp. 529-536, Sep. 1994.

상세보기
A.A. Girgis, W. L. Peterson, "Adaptive Estimation of Power System Frequency Deviation and Its Rate of Change for Calculating Sudden Power System Overloads", IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 5, No. 2, pp. 585-594, 1990.

상세보기
I. Kamwa, R. Grondin, "Fast Adaptive Schemes for Tracking Voltage Phasor and Local frequency in Power Transmission and Distribution Systems", IEEE PES T&D Conference, pp. 930-936, Dallas, TX, 1991.
K. M. El-Naggar, H. K. M. Youssef, "A Generic Based Algorithm for Frequency Relaying Applications", Electric Power Systems Research, Vol. 55, No. 3, pp. 173-178, 2000.

상세보기
L. L. Lai, W. L. Chen, "Real Time Frequency and Harmonic Evaluation Using Artificial Networks", IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 14, No. 1, pp. 52-57, 1999.

상세보기
M. Tsuji, S. Hamasaki, M. Korogi, "Characteristic of Power Series Type Wavelet Transform for Online Frequency Estimation", 1-4244-0844-X/07/$20.00 2007 IEEE, pp. 177-182.
T. Lin, M. Tsuji, E. Yamada, "A Wavelet Approach to Real Time Estimation of Power System Frequency", PR0001/01/0000-1074, pp. 58-65, SICE 2001 July 25-27, 2001 Nagoya.
Oinis Charri, et al., "WAVELETS : A New Tools for the Resonant Grounded Power Distribution System Relaying", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 11, No. 3, pp. 1301-1308, July 1996.

상세보기
Zhang Chuanli, et al., "A New Approach to Detect Transformer Inrush Current by Applying Wavelet Transform", IEEE POWERCON, pp. 1040-1044, 1998.
Xiang-ning Lin, Hai-feng Liu, "A Fast Recursive Wavelet Based Boundary Protection Scheme", in Proc. 2005 IEEE Power Engineering Society General Meeting, Vol. 1, pp. 722-727, June 2005.
J. Ren, M. Kezunovic, "Use of Recursive Wavelet Transform for Estimating Power System Frequency and Phasors", IEEE PES T&D Conference, TD2010-000221, 2010.4.
A. M. Gaouda, M. M. A. Salama, "DSP Wavelet- Based Tool for Monitoring Transformer Inrush Currents and Internal Faults", IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 25, No. 3, pp. 1258-1267, July 2010.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증