KR100232764B1 - Apparatus and method for measuring impedance of a digital distance relay - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력을 송전하기 위한 송전 선로에서 사고가 발생했을 경우, 사고 발생 지점까지의 거리를 측정하여 사고가 난 송전 선로를 정상 송전 선로로부터 분리시킴으로써, 사고의 파급을 방지할 수 있는 송전 선로 보호용 디지털 거리 계전기의 임피던스 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.According to the present invention, when an accident occurs in a transmission line for transmitting electric power, the distance to the accident occurrence point is measured to separate the transmission line from the accident from the normal transmission line, thereby preventing transmission of the transmission line. An apparatus and method for measuring impedance of a digital distance relay.
위와 같은 디지털 거리 계전기용 임피던스 측정 장치는 입력 전압 및 전류의 파형을 아날로그로 필터링하기 위한 아날로그 필터링부(101)와, 이 아날로그 필터링부(101)에서 출력되는 신호를 샘플링 및 홀딩하기 위한 샘플/홀드부(102)와, 이 샘플/홀드부(102)에 홀딩되어 있는 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환부(103)와, 그리고 아날로그/디지털 변환부(103)에서 출력되는 신호에 포함된 각종 고조파 성분, 아날로그/디지털 변환시 생기는 측정 오차 및 계통의 과도 상태에서 발생하는 지수함수적으로 감소하는 직류 성분을 제거하고, 상기 출력 신호의 성분으로부터 실수부 성분과 허수부 성분을 추출하여, 이들 복소 성분을 이용하여 복소 연산에 의해 임피던스를 측정하는 디지털 연산부(104)로 구성된다.The impedance measuring device for a digital distance relay as described above includes an analog filtering unit 101 for analogly filtering waveforms of an input voltage and a current, and a sample / hold for sampling and holding a signal output from the analog filtering unit 101. The unit 102, an analog / digital converter 103 for converting a signal held in the sample / hold unit 102 into a digital signal, and a signal output from the analog / digital converter 103. By removing the various harmonic components included, the measurement error generated during analog / digital conversion and the exponentially decreasing DC component generated in the transient state of the system, and extracting the real and imaginary components from the components of the output signal, It consists of a digital calculating part 104 which measures an impedance by complex calculation using these complex components.
Description
본 발명은 디지털 거리 계전기의 임피던스 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 전력을 송전하기 위한 송전 선로에서 사고가 발생했을 경우 사고 발생 지점까지의 거리를 측정하여 사고가 난 송전 선로를 정상 송전 선로로부터 분리시켜 사고의 파급을 방지할 수 있는 송전 선로 보호용 디지털 거리 계전기의 임피던스 측정 장치 및 그 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring impedance of a digital distance relay, and in particular, when an accident occurs in a transmission line for transmitting power, the distance to an accident occurrence point is measured to separate an accidental transmission line from a normal transmission line. The present invention relates to an impedance measuring apparatus and a measuring method of a digital distance relay for protecting a transmission line that can prevent the spread of an accident.
일반적으로 디지털 거리 계전기는 송전 선로에서 전압 및 전류를 검출하여 임피던스를 측정하므로써, 전력을 송전하고 있는 송전 선로의 이상 유무를 확인할 뿐만 아니라 송전 사고 발생시 사고 발생 지점까지의 거리를 측정할 수 있는 장치로서 매우 높은 신뢰성과 안정성이 요구된다. 따라서 정확하고 신속한 임피던스의 측정 능력은 디지털 거리 계전기에 있어서는 필수적인 요소라 할 수 있다.In general, digital distance relay is a device that not only checks the abnormality of the transmission line that is transmitting power by measuring voltage and current, but also measures the distance to the accident occurrence point when the transmission accident occurs. Very high reliability and stability are required. Therefore, accurate and fast impedance measurement capability is essential for digital distance relays.
제1도는 종래의 디지털 거리 계전기의 임피던스 측정 장치의 블록 구성도이다. 제1도를 참조하면, 종래의 디지털 거리 계전기의 임피던스 측정 장치는 송전 선로에 구비된 전압 변류기 및 전류 변류기를 통해 검출한 입력 전압(V) 및 입력 전류(I)의 파형을 각각 아날로그로 필터링하는 아날로그 필터(Analog Filter)(11A, 11B)와, 이 아날로그 필터(11A, 11B)에서 출력된 신호를 각각 샘플링하는 샘플/홀더(S/H)(12A, 12B)와, 이 샘플/홀더(12)의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 변환기(A/D)(13A, 13B)와, 이 아날로그/디지털 변환기(13A, 13B)에서 각각 출력되는 신호를 필터링하는 디지털 필터(14A, 14B)와, 이 디지털 필터(14A, 14B)에서 출력되는 신호를 이용하여 임피던스를 계산하여 출력하는 임피던스 계산부(15)로 구성되어 있다.1 is a block diagram of an impedance measuring device of a conventional digital distance relay. Referring to FIG. 1, an impedance measuring apparatus of a conventional digital distance relay analog-filters waveforms of an input voltage (V) and an input current (I) detected through a voltage transformer and a current transformer provided in a transmission line, respectively.
상기와 같이 구성된 종래의 디지털 거리 계전기의 임피던스 측정 장치의 동작은 다음과 같다.Operation of the impedance measuring device of the conventional digital distance relay configured as described above is as follows.
제3도에 도시한 바와 같이, 전력 계통의 발전단(S1)에서 발생한 전력은 다수의 경로를 통하여 변전소(25)의 모선(BUS)(21)으로 유입되어 할당된 부하(Load)를 소비하고, 다시 수전단(27)으로 전송한다. 이 때, 송전 선로의 이상 유무를 판단하기 위하여 각 송전 선로에 전압 변환기(PT)(23) 및 전류 변환기(CT)(24)를 설치하여 1차 변환된 전류 및 전압 신호(V, I)를 검출한다. 이 전압 및 전류(V, I)의 신호 파형은 아날로그/디지털 변환시 샘플링 주파수의 ½ 이상의 주파수 대역에서 발생하는 중첩 에러(Aliasing Error)를 방지하기 위하여 아날로그 필터(11A, 11B)에 각각 입력된다. 이 때, 아날로그 필터(11A, 11B)는 일반적으로 저역 통과 필터(Low-pass Filter)를 사용하기 때문에, 고대역의 고조파(Higi Frequency Harmonics) 성분이 제거되는 부수적인 효과까지 얻는다. 아날로그 필터(11A, 11B)를 통과한 신호는 샘플링 과정에서 시간 오차가 발생할 경우 생기는 신호의 위상 변화에 의한 임피던스 연산의 오차를 방지하기 위하여 동시에 샘플링을 위한 샘플/홀더(12A, 12B)에 각각 입력되고, 샘플/홀더(12A, 12B)에 홀딩되어 있는 신호는 아날로그/디지털 변환기(A/D)(13A, 13B)를 통하여 디지털로 변환된다. 이 때, 디지털 변환 방법은 홀딩되어 있는 신호를 순차적으로 스위칭하는 멀티플렉서(MultiFlexer)를 사용하는 것이 좋으며, 이 과정에서 변환된 디지털 값은 디지털 필터(14A, 14B)에 입력된다. 디지털 필터(14A, 14B)는 디지털 계전기의 특성을 수행하는데 있어서 유발되는 에러와, 과부하에 의해 발생되는 과도기적 현상과, 변압기 등에 의해 발생되는 돌입 전류와, 개폐기 조작 등에 의해 생기는 노이즈 또는 서어지 등에 포함된 각종 고조파(Harmonics) 성분과, 사고 발생시 입력되는 전류 신호에 포함되어 지수함수적으로 감소하는 직류 오프셋(DC Offset) 성분을 제거하는 역할을 한다.As shown in FIG. 3, the power generated at the power generation stage S1 of the power system flows into the
따라서 아날로그/디지털 변환기(13A, 13B)를 통과한 신호들은 디지털 필터(14A, 14B)를 각각 통과하면서 전력 주파수 성분의 전압 및 전류 신호만이 추출하게 된다. 임피던스 계산부(15)는 디지털 필터(14A, 14B)를 통과한 전력 주파수 성분의 전압 및 전류의 샘플링값을 이용하여 임피던스를 계산한다. 이어서 종래의 디지털 거리 계전기는 전력 계통의 과도 상태의 해석을 위해서 측정된 임피던스를 이용하여 미리 설정된 프로그램에 따라 각 계전기 요소의 동작 판정을 실시한다.Therefore, the signals passing through the analog /
제4도는 입력 신호(전압 및 전류)의 샘플링 시점을 도시한 것으로 본 발명에서는 상용 주파수의 정격 한 주기 동안 12개의 샘플을 취하는 것으로 가정한다.4 shows a sampling time point of an input signal (voltage and current). In the present invention, it is assumed that 12 samples are taken during one cycle of a commercial frequency.
첨자 부호 (n), (n-1), (n-2), … , (n-12)는 샘플링 시점을 나타내는 것으로, 샘플링 시점 (n)과 (n-1)은 하나의 샘플링 간격(θs) 만큼 떨어져 있거나, 한 주기의 1/12배 만큼 떨어져 있는 것을 의미한다. 이 때, 디지털 필터(14A, 14B)는 입력 신호(전압 및 전류)(ST)의 현시점에서 샘플된 값(S(n))과 이전 상태에서 기억된 샘플값들(S(n-1), … , S(n-12))의 소정 기간(Wc) 동안에 축적된 데이타들 (S(n), S(n-1), …, S(n-3))을 이용하여, 매 샘플링 시간 마다 입력 신호에 포함된 여러 가지의 고조파 성분을 제거한다. 이 제거 방법의 예는 다음과 같다.Subscripts (n), (n-1), (n-2),... , (n-12) indicates a sampling time point, and means that the sampling time points (n) and (n-1) are separated by one sampling interval (θs) or by 1/12 times of one period. At this time, the
[수학식 1][Equation 1]
여기서, S(n), S(n-4) 및 S(n-6)은 각각의 샘플 시간에서의 입력 신호(전압 및 전류)의 샘플값이며, S'(n)은 n번째 샘플 시간에서의 고조파 성분이 제거된 신호를 의미한다. 한편, 식(1a)의 방법은 입력 신호에 포함된 상용 주파수(f0)의 3배 조파, 6배 조파 및 직류 성분을 제거하고, 식(1b)의 방법은 2배 조파, 4배 조파, 6배 조파 및 직류 성분을 제거하는 것이다.Where S (n), S (n-4) and S (n-6) are sample values of the input signal (voltage and current) at each sample time, and S '(n) is the nth sample time. It means the signal from which harmonic component of is removed. On the other hand, the method of formula (1a) removes three times harmonics, six times harmonics and direct current components of the commercial frequency (f 0 ) included in the input signal, and the method of formula (1b) doubles harmonics, four
제5도는 식(1a)을 적용시킨 일예를 도시한 것으로, (a)는 상용 주파수 입력 신호, (b)는 3배 조파 입력 신호, (c)는 6배 조파 입력 신호 그리고 (d)는 직류 성분 신호를 나타내는데, 각각의 샘플값 (S(n), S(n-1), …, S(n-4))은 각 샘플링 시점에서의 상기 입력 신호들의 총칭을 나타냈다. 여기서, n번째 샘플링 시점을 기준으로, 3, 6배 조파, 직류 성분 입력에서의 샘플값(S3(n), S(n-4))을 각각 식(1a)에 적용할 경우, 3배 조파 입력 신호(b)와 6배 조파 입력 신호(c)의 경우, 시점 n에서의 입력값(S(n))과 n-4에서의 입력값(S(n-4))이 일치하므로 식(1a)에 의해 제거된다. 또한, 직류 성분 입력 신호(d)의 경우는, 샘플링 시점의 변화에 상관없이 그 값이 일정하고, 상기와 같이 제거되므로, 연산 시점의 변화에 상관없이 직류 성분 및 고조파 성분이 제거됨을 알 수 있다.5 shows an example in which equation (1a) is applied, (a) is a commercial frequency input signal, (b) is a triple harmonic input signal, (c) is a six times harmonic input signal, and (d) is a direct current. Each component value (S (n), S (n-1), ..., S (n-4)) represents a generic term for the input signals at each sampling time point. Here, 3, 6 times harmonics based on the nth sampling time point, and 3 times harmonics when the sample values (S3 (n), S (n-4)) from the DC component input are applied to Equation (1a), respectively. In the case of the input signal b and the six times harmonic input signal c, the input value S (n) at time point n and the input value S (n-4) at n-4 coincide. Removed by 1a). In addition, in the case of the DC component input signal d, since the value is constant regardless of the change in the sampling time point and removed as described above, it can be seen that the DC component and the harmonic component are removed regardless of the change in the calculation time point. .
한편, 상용 주파수(전력 주파수) 이외의 성분이 제거된 신호(전압 및 전류)는 매 샘플링 시점마다 입력되는 벡터값이며, 임피던스를 측정하기 위해서는 전압 및 전류의 벡터값을 이용하여 복소 연산을 취해야 하는 것은 일반적인 사실이나, 연산의 신속성과 편리성을 위해 복소 연산을 취하지 않고 등가 변환하여 측정하는 것이 일반적이며, 그에 대한 예는 다음식과 같다.On the other hand, the signal (voltage and current) from which components other than the commercial frequency (power frequency) are removed is a vector value input at every sampling time point, and in order to measure impedance, a complex operation must be performed using the vector value of voltage and current. This is a general fact, but for quickness and convenience of operation, it is common to measure the equivalent conversion without taking a complex operation, and an example thereof is as follows.
[수학식 2][Equation 2]
여기서, V(t) 및 I(t)는 시점 t에서의 샘플링된 전압 및 전류값을, R 및 L은 임피던스 측정값을, di/dt는 시점 t에서의 전류의 변화량을 나타내는데, 송전 계통에서의 대지 충전 용량을 무시하며, 시간 대비 전류의 변화량(di/dt), 즉 미분량을 근사화하므로써 임피던스 R, L을 측정할 수 있다.Where V (t) and I (t) represent the sampled voltage and current values at time t, R and L represent impedance measurements, and di / dt represent the amount of change in current at time t. The impedances R and L can be measured by approximating the amount of current change (di / dt), i.
제6도는 식(2)의 적용시킨 일예를 나타낸 것으로, 첨자 부호 t는 기준 샘플링 시점을 나타내고, t-1, t-2, …, t-6은 기준 시점 t로부터 각각 1, 2, …, 6 샘플링 간격 만큼 떨어진 시점을 나타내고, I(t), I(t-1), …, I(t-6)은 t, t-1, …, t-6 시점에서의 샘플링된 전류값을 나타낸다. 이 때, 기준 시점 t에서의 식(2)의 전류의 미분량은 시점 t에서의 전류량(I(t))과 t-1에서의 전류량(I(t-1))의 차에 대한 시점 t와 t-1의 차의 비로써 제6도의 6a로 표시된 바와 같이 근사화시킬 수 있으며, 식(1a)의 근사화된 미분량을 이용하여 시점 t와 t-1에서의 방정식의 해를 구하므로써, 시점 t에서의 임피던스(R, L)를 측정한다.FIG. 6 shows an example in which Equation (2) is applied, and the subscript t indicates a reference sampling time point, and t-1, t-2,... , t-6 represents 1, 2,... from the reference time point t, respectively. , Time points separated by 6 sampling intervals, and I (t), I (t-1),... , I (t-6) is t, t-1,... , represents the sampled current value at time t-6. At this time, the differential amount of the current in equation (2) at the reference time point t is the time point t with respect to the difference between the current amount I (t) at time point t and the current amount I (t-1) at t-1. Can be approximated as shown by 6a of FIG. 6 by the ratio of and t-1, and by using the approximate derivative of Eq. (1a), the solution is obtained by solving the equation at time points t and t-1. Measure the impedance (R, L) at t.
제7도는 종래의 디지털 거리 계전기에 사용되는 특성도로서, 리액턴스 요소(RE1, RE2, RE3), 방향 요소(DE1), 블라인더 요소(BE1, BE2)의 3개의 계전 요소가 조합된 사변형 특성을 보이고 있다.FIG. 7 is a characteristic diagram used in a conventional digital distance relay, and shows quadrilateral characteristics in which three relay elements of reactance elements RE1, RE2, RE3, direction element DE1, and blinder elements BE1, BE2 are combined. have.
제8도는 제1도의 동작에 따른 계전 출력을 얻을 때의 논리 동작을 도시한 논리 회로도이다. 제8도를 참조하면, 논리곱 회로(AND1, AND2, AND3), 논리합 회로(OR1), 한시 회로(TD1, TD2)가 조합되어 계전 요소(Ry)가 출력된다.FIG. 8 is a logic circuit diagram showing the logic operation when obtaining the relay output according to the operation of FIG. Referring to FIG. 8, the relay element Ry is output by combining the AND products AND1, AND2, AND3, the OR circuit OR1, and the time limit circuits TD1, TD2.
그러나, 위와 같은 종래의 디지털 거리 계전기의 임피던스 측정 장치에서는 아래와 같은 몇가지 문제점이 있다.However, in the conventional impedance measuring apparatus of the conventional digital distance relay, there are some problems as follows.
첫째, 아날로그/디지털 변환시 샘플링 시간의 불일치와, 계전기 하드웨어의 특성 등에서 발생하는 측정 오차에 의해 임피던스를 정확하게 측정하기 어려운 문제점이 있었다.First, there is a problem that it is difficult to accurately measure impedance due to a mismatch in sampling time and measurement error occurring in characteristics of relay hardware during analog / digital conversion.
둘째, 종래의 고조파 제거시 식(1a)에 대한 주파수 특성(제9도의 파형의 9a)에 있어서, 3, 6배 조파 성분이 제거되고, 식(1b)에 대한 주파수 특성(9b)에 있어서 2, 4, 6배 조파 성분이 제거되나, 그 외의 주파수 성분은 제거되지 않는다. 특히 전력 주파수(h1), 5배 조파(h2) 성분의 경우 식(1b)의 주파수 특성(9b)이배 증폭되는 특성을 나타내었다.Second, in the conventional harmonic removal, in the frequency characteristic (9a of the waveform of FIG. 9) with respect to equation (1a), 3, 6 times harmonic components are removed, and in frequency characteristic 9b with respect to equation (1b), 2 , 4 and 6 times harmonic components are removed, but other frequency components are not removed. In particular, in the case of the power frequency (h1), 5 times harmonic (h2) component, the frequency characteristic (9b) of the formula (1b) It showed a characteristic to be amplified fold.
즉, 제9도에서 식(1a)과 식(1b)의 고조파 제거 방법의 주파수 특성을 도시한 바와 같이, 파형(9a, 9b)은 식(1a), (1b)에 대한 주파수 특성을, 종축은 고조파를 제거한 후의 주파수의 성분별 크기를, 횡축은 주파수별 분포 즉, 상용 주파수(전력 주파수) 성분에 대한 비를 나타내는 것으로 가정했을 때, 식(1a), (1b)의 방법을 모두 사용할 경우에는 전력 주파수 성분 이외에 5배 조파 성분이 더욱 증폭되어 나타난다. 또한, 입력 신호의 정확한 전력 주파수 성분을 측정하기 위해서는 나눗셈의 연산이 불가피하여 디지털 연산에 의한 절단 오차(Truncation Error)가 발생하기 쉽고, 전력 주파수 성분만을 이용한 정확한 임피던스 측정은 어렵다는 문제점이 있었다.That is, as shown in FIG. 9, the frequency characteristics of the harmonic elimination methods of the formulas (1a) and (1b), the
셋째, 종래의 고조파 제거 방법은 입력 신호(전압 및 전류)가 시불변의 주기적인 신호라는 가정에 의하여 정의된 것이므로, 신호의 주기성을 보장할 수 없는 전력 계통 사고 등의 과도 상태에서의 적용에는 한계가 있다. 특히, 선로의 전압 위상각이 0도 부근일 때 발생한 사고에서 나타나는 전류 파형에 포함된 지수함수적으로 감소하는 직류 성분은 시간에 따라 변하기 때문에 종래의 방법으로는 제거가 불가능하며, 또한, 상기 식(2)과 같은 임피던스 측정 방법은 전류의 시간에 대한 미분량을 근사하므로써 생기는 오차를 발생시키는 문제점이 있었다.Third, the conventional harmonic rejection method is defined by the assumption that the input signal (voltage and current) is a time-invariant periodic signal, so it is limited in application in a transient state such as a power system accident that cannot guarantee the periodicity of the signal. There is. In particular, since the exponentially decreasing direct current component included in the current waveform that occurs in an accident that occurs when the voltage phase angle of the line is near 0 degrees changes with time, it cannot be removed by the conventional method. The impedance measurement method as shown in (2) has a problem of generating an error caused by approximating the differential amount of current with respect to time.
따라서, 본 발명은 위와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명의 주 목적은 입력 신호로부터 복소 요소를 추출하여 입력 성분에 포함된 전력 주파수 성분 이외의 비주기적 성분, 시변 성분 및 지수함수적으로 감소하는 직류 성분을 제거하여 정확한 임피던스를 측정하는 디지털 거리 계전기용 임피던스 측정 장치를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to extract a complex element from an input signal, and to generate a DC that is non-periodic, time-varying, and exponentially reduced in addition to the power frequency component included in the input component. The present invention provides an impedance measuring device for a digital distance relay that removes components to measure an accurate impedance.
본 발명의 다른 주 목적은 전력 계통의 정상 상태 및 과도 상태의 디지털 입력 신호에 포함된 측정 오차, 고조파 성분 및 지수함수적으로 감소하는 직류 오프셋 성분을 제거하여 전력 주파수 성분만이 포함된 전압 및 전류 신호를 이용하여 임피던스를 측정하는 디지털 거리 계전기용 임피던스 측정 방법을 제공함에 있다.Another main object of the present invention is to remove the measurement error, harmonic components and exponentially decreasing direct current offset components included in the digital input signals in the steady state and transient states of the power system, thereby including voltage and current containing only the power frequency components. The present invention provides an impedance measuring method for a digital distance relay that measures an impedance using a signal.
제1도는 종래의 디지털 거리 계전기의 임피던스 측정 장치의 블록 구성도.1 is a block diagram of an impedance measuring device of a conventional digital distance relay.
제2도는 본 발명에 의한 디지털 거리 계전기의 임피던스 측정 장치의 블록 구성도.2 is a block diagram of an impedance measuring device of a digital distance relay according to the present invention.
제3도는 일반적인 전력 계통도.3 is a general power schematic.
제4도는 입력 신호(전압 및 전류)의 샘플링 시점을 도시한 타이밍 챠트.4 is a timing chart showing sampling points of input signals (voltage and current).
제5도는 식(1a)의 적용을 나타내는 타이밍 차트.5 is a timing chart showing an application of equation (1a).
제6도는 식(2)의 적용을 나타내는 타이밍 차트.6 is a timing chart showing the application of equation (2).
제7도는 일반적인 거리 계전기의 특성을 설명하기 위한 특성도.7 is a characteristic diagram for explaining the characteristics of a general distance relay.
제8도는 제7도에 도시된 특성에 의한 거리 계전기의 논리 동작을 설명하기 위한 논리 회로도.FIG. 8 is a logic circuit diagram for explaining the logic operation of the distance relay by the characteristic shown in FIG.
제9도는 식(1a) 및 식(1b)의 주파수 응답 특성도.9 is a frequency response characteristic diagram of equations (1a) and (1b).
제10도는 식(11)의 주파수 응답 특성 특성도.10 is a frequency response characteristic diagram of Equation (11).
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
101 : 필터링부 101A, 101B : 아날로그 필터101: filtering
102 : 샘플/홀드부 102A, 102B : 샘플/홀더102: sample /
103 : 아날로그/디지털 변환부 103A, 103B : 아날로그/디지털 변환기103: analog /
104 : 디지털 연산부 105A, 105B : 실수부 디지털 필터부104: digital calculating
106A, 106B : 허수부 디지털 필터부 107 : 전압 실수부 성분106A, 106B: Imaginary part digital filter part 107: Voltage real part component
108 : 전압 허수부 성분 109 : 전류 실수부 성분108: voltage imaginary part component 109: current real part component
110 : 전류 허수부 성분 111 : 임피던스 연산부110: imaginary imaginary component 111: impedance calculator
112 : 디지털 필터 계수부 AND1-AND3 : 앤드 게이트112: digital filter coefficient unit AND1-AND3: AND gate
TD1, TD2 : 타이머 OR1 : 오아 게이트TD1, TD2: Timer OR1: Ora Gate
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따르면, 입력되는 전압 및 전류의 파형을 아날로그 필터링하는 아날로그 필터링부(101)와; 상기 아날로그 필터링부에서 출력되는 신호를 샘플링 및 홀딩하는 샘플/홀드부(102)와; 상기 샘플/홀드부에 홀딩되어 있는 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(103)와; 송전 선로의 전압, 전류 및 선로 정수를 모델링하여 필터 계수를 설정하는 디지털 필터 계수부(112)와; 상기 필터 계수를 이용하여 상기 아날로그/디지털 변환부에서 출력되는 신호에 포함된 노이즈 성분을 제거하기 위한 디지털 필터링 연산을 하며 이어서 실수와 허수 성분을 추출하여 복소 연산을 통한 임피던스를 측정하는 디지털 연산부(104)를 포함한다.According to the technical idea of the present invention for achieving the above object, the
상기의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따르면, a) 송전 선로의 전압 및 전류의 측정 신호를 모델링하고, 적절한 모델 차수 M을 선택하여 디지털 필터 계수 H(i : M)를 구하는 단계와, b) 송전 선로에서 전류 및 전압 데이타를 샘플링하는 단계와, c) 전압 및 전류 데이타를 디지털 변환하는 단계와, d) 구한 디지털 필터 계수를 이용하여 c 단계를 통과한 출력 신호에 포함된 여러 가지의 노이즈 성분을 제거하는 디지털 필터링 연산을 수행하고 기본파 성분의 실수부 성분과 허수부 성분을 각각 추출하는 단계와, e) 상기 실수부 성분과 허수부 성분을 이용하여 임피던스의 크기 및 위상을 구하는 동시에 저항분 및 리액턴스분을 연산하는 단계를 포함한다.According to the technical idea of the present invention for achieving the above another object, a) modeling the measurement signal of the voltage and current of the transmission line, and select the appropriate model order M to obtain the digital filter coefficient H (i: M) B) sampling current and voltage data on the transmission line, c) digitally converting the voltage and current data, and d) using the obtained digital filter coefficients. Performing a digital filtering operation to remove various noise components and extracting the real and imaginary components of the fundamental wave components, respectively, and e) the magnitude and phase of the impedance using the real and imaginary components. Calculating the resistance and reactance at the same time.
이하의 상세한 설명을 통해 본 발명의 또 다른 목적 및 장점이 명백하게 드러날 것이다.Further objects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성, 작용 및 효과를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the configuration, operation and effect of the present invention.
제2도는 본 발명에 따른 디지털 거리 계전기용 임피던스 측정 장치의 블록 구성도이다. 제2도를 참조하면, 본 발명에 따른 디지털 거리 계전기의 임피던스 측정 장치는 입력 전압 및 입력 전류의 파형을 아날로그로 필터링하기 위한 아날로그 필터링부(101)와, 아날로그 필터링부(101)에서 출력되는 신호를 샘플링 및 홀딩하기 위한 샘플/홀드부(102)와, 샘플/홀드부(102)에 홀딩되어 있는 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환부(103)와, 그리고 아날로그/디지털 변환부(103)에서 출력되는 신호에 포함된 각종 고조파 성분과, 아날로그/디지털 변환시 생기는 측정 오차, 계통의 과도 상태에서 발생하는 지수함수적으로 감소하는 직류 성분을 제거하는 한편 아날로그/디지털 변환부(103)에서 출력되는 신호의 성분으로부터 실수부 성분과 허수부 성분을 추출하여, 이들 복소 성분을 이용한 복소 연산에 의해 임피던스를 측정하는 디지털 연산부(104)로 구성된다.2 is a block diagram of an impedance measuring apparatus for a digital distance relay according to the present invention. Referring to FIG. 2, the impedance measuring apparatus of the digital distance relay according to the present invention includes an
또한, 그 디지털 연산부(104)는 아날로그/디지털 변환부(103)의 아날로그/디지털 변환기(103A, 103B)에서 각각 출력되는 신호에서 복소 성분 중에서 실수부 성분을 추출하는 실수부 디지털 필터부(RDF ; 105A, 105B)와, 허수부 성분을 추출하는 허수부 디지털 필터부(IDF ; 106A, 106B)와, 그리고 복소 성분의 신호를 이용하여 복소 연산에 의해 임피던스를 측정하는 임피던스 연산부(111)와, 각각의 송전 선로의 전압, 전류 및 선로 정수를 모델링하여 디지털 필터링시에 이용되는 필터 계수를 정하기 위한 디지털 필터 계수부(112)로 구성된다.The
이와 같이 구성된 디지털 거리 계전기용 임피던스 측정 장치에서 디지털 필터링 방법은 다음과 같다.The digital filtering method in the impedance measuring device for the digital distance relay configured as described above is as follows.
종래 기술과 같이, 전력 계통의 발전소에서 발생한 전력은 여러 경로를 통하여 변전소의 모선으로 유입되어 할당된 부하(Load)를 소비하고, 다시 수전단으로 전송된다. 이 때 각 송전 선로에 구비된 전압 변환기 및 전류 변환기를 통해 변환된 전류 신호 및 전압 신호(V, I)가 아날로그/디지털 변환시 샘플링 주파수의 ½ 이상의 주파수 대역에서 발생하는 중첩 에러(Aliasing Error)를 방지하기 위하여 아날로그 필터(101A, 101B)로 각각 입력된다. 이 때, 아날로그 필터(101A, 101B)는 일반적으로 저역 통과 필터(Low-pass Filter)를 사용하기 때문에, 고대역의 고조파(Higi Frequency Harmonics) 성분이 제거되는 부수적인 효과까지 얻는다. 아날로그 필터(101A, 101B)를 통과한 신호는 샘플링 과정에서 시간 오차가 발생할 경우 생기는 신호의 위상 변화에 의한 임피던스 연산의 오차를 방지하기 위하여 동시 샘플링을 위한 샘플/홀더(102A, 102B)에 각각 입력되고, 샘플/홀더(102A, 102B)에 홀딩되어 있는 신호는 아날로그/디지털 변환기(A/D)(103A, 103B)를 통하면서 디지털 변환된다.As in the prior art, power generated in a power plant of a power system flows into a busbar of a substation through various paths, consumes an allocated load, and is transmitted to a power receiver again. At this time, the voltage converter and the voltage signals (V, I) converted by the voltage converter and current converters provided in each transmission line prevent the error of occurrence occurring in the frequency band ½ or more of the sampling frequency during analog / digital conversion. To be input to the
이때, 디지털 필터 계수부(112)에서 각각의 송전 선로에 대해 미리 정해진 필터 계수를 이용하여 디지털 필터링을 수행하게 되는데, 필터 계수를 구하는 식은 식(3)과 같다(제11도, ST1 참조).At this time, the digital
[수학식 3][Equation 3]
식(3)에서, H(k, M)은 전압 및 전류의 허수부 및 실수부 각각에 대한 필터 계수를 의미하고, 첨자 A, C는 식(4), 식(5)과 같다.In equation (3), H (k, M) denotes filter coefficients for the imaginary part and the real part of voltage and current, respectively, and the subscripts A and C are the same as equations (4) and (5).
[수학식 4][Equation 4]
[수학식 5][Equation 5]
위의 식(4), (5)에서 알 수 있듯이 전압 및 전류의 디지털 필터 계수를 구하는 행렬 A의 값이 서로 다르다. 즉, 전류의 디지털 필터 계수를 구하는 행렬 Ai에는 고장 상태에서 고장 전류에 포함된 지수 함수적으로 감소하는 직류 성분을 제거하기 위한 ΓP에 대한 모델링이 추가되었다. 또한, 전력 주파수 성분 이외의 다른 성분들을 모두 노이즈 성분으로 모델링하였기 때문에 정확한 전력 주파수 성분의 전압 및 전류를 구할 수 있다.As can be seen from equations (4) and (5) above, the values of the matrix A for calculating the digital filter coefficients of voltage and current are different. That is, modeling of Γ P to remove the exponentially decreasing direct current component included in the fault current is added to the matrix Ai for obtaining the digital filter coefficient of the current. In addition, since all components other than the power frequency components are modeled as noise components, accurate voltage and current of the power frequency components can be obtained.
디지털 필터 계수부(112)에서 구해진 필터 계수를 이용하여 정상 상태에 아날로그/디지털 변환기(A/D)(103A, 103B)에 포함된 각종 노이즈 성분 및 과도 상태의 전류에 포함된 지수 함수적으로 감소하는 직류 성분을 제거하기 위하여 송전 선로에서 전류 및 전압 데이타를 샘플링한다(제11도, ST2 참조).By using the filter coefficients obtained by the digital
이어서 샘플링된 신호들은 디지털 실수부 필터(105A, 105B) 및 디지털 허수부 필터(106A, 106B)에 입력되어 다음의 식(6)을 사용하여 디지털 필터링 연산을 수행한다(ST3).Subsequently, the sampled signals are input to the digital real part filters 105A and 105B and the digital imaginary part filters 106A and 106B to perform a digital filtering operation using the following equation (6) (ST3).
[수학식 6][Equation 6]
위의 식(6)에서 아날로그/디지털 변환기(A/D)를 통과한 전압 신호 및 전류 신호 Z(k)는 식(3)에 의해 구해진 H(i, k; M)를 이용하여 각종 노이즈 성분이 제거된(i ; M)가 구해진다. 첨자 M은 주기당 샘플링 수를 의미한다.The voltage signal and current signal Z (k) passing through the analog-to-digital converter (A / D) in Equation (6) are various noise components using H (i, k; M) obtained by Equation (3). This has been removed (i; M) is obtained. Subscript M means the number of samples per cycle.
이 때, 디지털 실수부 필터(105A, 105B) 및 디지털 허수부 필터(106A, 106B)를 통과한 전력 주파수 성분만이 포함된 전압 신호 및 전류 신호를 이용하여 전압 및 전류의 실수부 성분(107, 109)과 허수부 성분(108, 110)을 구하게 되는데, 그에 대한 식은 다음과 같다(제11도, ST4 참조).At this time, the
[수학식 7][Equation 7]
위의 식(7)에서 알 수 있듯이 전압 및 전류의 크기 Mv(i), Mc(i)와 위상 Φv(i), Φc(i)를 구하므로써 실수부 성분(107, 109)과 허수부 성분(108, 110)을 구하게 된다.As can be seen from the above equation (7), the
구해진 전력 주파수 성분만이 포함된 전압 및 전류의 허수부 성분(108, 110) 및 실수부 성분(107, 109)의 복소 성분을 이용하여 임피던스 연산부(111)에서 다음 식(8)을 이용하여 복소 연산에 의하여 임피던스의 크기 및 위상을 계산하기 위한 복소 성분을 추출한다(제11도, ST5 참조).Using the complex components of the
[수학식 8][Equation 8]
이어서 다음의 식(9)을 이용하여 최종적으로 저항분(R) 및 리액턴스분(X)을 계산한다.Subsequently, the resistance component R and the reactance component X are finally calculated using the following equation (9).
[수학식 9][Equation 9]
제10도는 디지털 필터링 방법의 주파수 응답 특성의 한 예를 나타낸 것으로, 식(6)에 있어서 M=12인 경우를 나타내고, 기본 주파수 성분 이외의 각 고조파 성분이 모두 제거됨을 알 수 있다. 이 때, 10a는 실수부 성분의 주파수 응답 특성을, 10b는 허수부 성분의 주파수 응답 특성을 나타내며, 10c는 전체적인 주파수 응답 특성을 나타낸다.FIG. 10 shows an example of the frequency response characteristic of the digital filtering method, which represents the case where M = 12 in Equation (6), and it can be seen that each harmonic component other than the fundamental frequency component is removed. In this case, 10a represents the frequency response characteristic of the real part component, 10b represents the frequency response characteristic of the imaginary part component, and 10c represents the overall frequency response characteristic.
이상과 같이 상기와 같은 디지털 필터링 수단에 의해서 입력되는 전압 신호 및 전류 신로의 기본파 이외의 각종 노이즈 성분, 비고조파 성분, 고조파 성분 및 고장 전류에 포함되는 지수 함수적으로 감소하는 직류 오프셋 성분이 제거되고, 식(3), 식(7)에 의한 복소 연산에 의해 정확한 임피던스를 측정할 수 있다. 따라서, 전력을 송전하기 위한 송전 선로에서 사고가 발생했을 경우 사고 발생 지점까지의 거리를 측정하여 사고가 난 송전 선로를 정상 송전 선로로부터 분리시킴으로써 사고의 파급을 방지할 수 있는 효과가 있다.As described above, various noise components, non-harmonic components, harmonic components, and exponentially decreasing DC offset components included in the fault current other than the voltage signal and the current path inputted by the digital filtering means are removed. Then, the correct impedance can be measured by the complex calculation by the formulas (3) and (7). Therefore, when an accident occurs in a transmission line for transmitting electric power, the distance to the accident occurrence point is measured, thereby separating the accidental transmission line from the normal transmission line, thereby preventing the spread of the accident.
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