플레넷 - 전력선 임피던스 분석기

Author(s):
김철 대표이사 - ㈜플레넷

Industry:
Electronics

Products:
PXI/CompactPCI, LabVIEW

The Challenge:
전력선의 각종 데이터 분석을 통하여 전력선 통신 모뎀의 통신성능 평가 및 실험 환경에 기준점 성립이 가능하다. 전력선 통신의 신뢰성 확보를 위하여 전력선 특성 및 환경 분석을 위한 전력선 임피던스 분석 장비는 필수적이라 할 수 있다.

The Solution:
일반적인 전력선 상의 환경에서 상용 전원의 전력 전압 전류 분석뿐만 아니라 전력선 통신 주파수 대역에서의 통신 전압, 전류의 크기 및 위상과 잡음(Noise)의 측정이 필요하다. 이더넷 망을 통한 데이터 수집이 가능하여, 인터넷을 통하여 원하는 곳에 장비를 설치한 후 원격에서 장비의 모든 자료를 엑세스 할 수 있다.

요약
일반적인 전력선 상의 환경은 시시각각 임피던스(Impedance), 잡음(Noise)이 변화 한다. 여러 가지 부하에 의해 변화하는 전력선 임피던스(Impedance)를 손쉽게 측정하여, 전력선 환경에 대해 자세히 이해할 수 있으며, 데이터 베이스화 하여 모뎀 통신성능 평가 및 실험 환경에 기준점을 성립이 가능하다.
또한 일반적인 전력선 상의 환경에서 상용 전원의 전력 전압 전류 분석뿐만 아니라 전력선 통신 주파수 대역에서의 통신 전압, 전류의 크기 및 위상과 잡음(Noise)의 측정이 필요하다. 이더넷 망을 통한 데이터 수집이 가능하여, 인터넷을 통하여 원하는 곳에 장비를 설치한 후 원격에서 장비의 모든 자료를 엑세스 할 수 있다.

개발 배경
전력선 통신에 있어서 시간에 따라 수시로 변화하는 전력선에 대한 주파수에 따른 임피던스(Impedance) 특성이나, 노이즈(Noise) 특성, 페이딩(Fading) 특성 등은 기본적으로 가장 먼저 분석되고 데이터 베이스화 하여야 할 주요사항 들이다.
전력선의 각종 데이터 분석을 통하여 전력선 통신 모뎀의 통신성능 평가 및 실험 환경에 기준점 성립이 가능하다. 전력선 통신의 신뢰성 확보를 위하여 전력선 특성 및 환경 분석을 위한 전력선 임피던스 분석 장비는 필수적이라 할 수 있다.

본론
1. 기능
- Frequency Range: 50KHz ~ 1MHz
- Impedance Analyze: 1 Ohm ~ 100 Ohm
- Phase Analyze
- 100-Base-T Ethernet Communication
- 측정 전압 :AC 0V ~ AC 220V
- Power Analyze
- Real Power
- Apparent Power
- Reactive Power
- Power Factor
- Harmonics Analyze
- Voltage/Current/Frequency Analyze
- Noise Analyze
- Attenuation Analyze
- S/N-Ratio Analyze

2. 시스템 블록도
그림 1.은 POWER LINE IMPEDANCE ANALYZER의 블록도를 나타낸 것이다.

그림 1. POWER LINE IMPEDANCE ANALYZER 의 시스템 블록도

그림 2. 와그림 3.은 POWER LINE IMPEDANCE ANALYZER의 모니터부와 메인부 이다.

그림 2. POWER LINE IMPEDANCE ANALYZER 의 모니터부
그림 3. POWER LINE IMPEDANCE ANALYZER의 PXI Main 시스템 및 KEY BOARD

그림 4. 임피던스와 위상 측정을 위한 메인 화면

좌측 상단 메뉴에 전력선 상의 측정된 결과 값이 표시되며, 위상, 임피던스, 전압, 전류 3차원도면, 스미트차트, polar 등의 측정결과가 나타난다. 위 임피던스 그래프는 마우스를 이용하혀 좌표를 움직여서 실험자가 원하는 주파수의 측정값을 찾을 수 있다.

그림 5. 전력선 잡음(Noise) 및 하모닉(Homonic) 성분 분석

좌측 중간 메뉴에 측정된 결과 값이 표시되며, THD(Total hamonic distortion), NOISE, 신호 대 잡음비 (signal to noise and distortion ratio : SINAD) 등의 측정결과가 나타난다. 위 두 그래프는 마우스를 이용하여 좌표를 움직여서 실험자가 원하는 주파수의 측정값을 찾을 수 있다.

그림 6. 전력선 감쇄 분석

전력선 상의 감쇄비가 측정이 되며 주파수의 감쇄를 확인할 수 있다. 마우스를 이용하여 좌표를 움직여서 실험자가 원하는 주파수의 측정값을 찾을 수 있다.

그림 7. Power Analyzer 분석

Power Analyzer는 Real power, Apparent power, Reactive power, Power factor, Phase 등을 측정할 수 있다.

그림8. 측정 데이터의 설정을 위한 화면(왼쪽)
그림9. DB프로그램 실행(오른쪽)

기존의 측정된 데이터베이스 파일을 찾아서, 실험자가 알고 싶은 주파수에 좌표점을 움직이면 그 주파수에 대한 임피던스, NOISE, 등이 왼쪽 메뉴창에 나타난다.

그림 10. 측정된 데이터들을 저장(왼쪽)
그림 11. 측정된 전력선 데이터의 리포트(오른쪽)

측정된 데이터들을 정리하여 데이터베이스화 할 수 있고, 그 데이터들을 원격 전송 및 인쇄가 가능하다.

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점
1. 전력선 라인 상태의 측정 및 검토를 용이하게 함으로서 사용자가 원하는 측정 데이터를 취득 및 데이터베이스화 할 수 있어 모뎀 통신 성능 평가 및 실험 환경에 기준점 성립을 할 수 있다.
2. 측정 장비의 단일화로 인하여 측정시 장비의 이동을 쉽게 하였다.
3. PXI시스템의 원격제어 기능을 이용하여 원거리에서도 전력선 상태 및 사용자가 원하는 데이터를 원격으로 취득할 수 있게 되었다.

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김철 대표이사
㈜플레넷

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