KR100437446B1 - 전력공급시스템의 계통 연계장치 - Google Patents

전력공급시스템의 계통 연계장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력공급시스템의 계통 연계장치에 관한 것으로, 차단기를 동작시키는 보호계전기로부터 고장발생신호를 기다리지 않고 상용수전 모선에 설치된 감지수단을 통해 상용수전 모선의 지락 및 단락 고장을 검출하여 상용전원 계통과 분산전원 계통을 분리시킴으로써, 보호계전기에 연동하여 동작하였던 종래의 계통 연계장치에 비해 고장발생시간으로부터 계통을 분리시키기까지 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 특히, 본 발명은, 순저 검출부를 통해 상용수전 모선의 순간적인 전압저하를 감지하여 계통을 분리시키므로, 지락 및 단락 고장에 따른 상용수전 모선의 순간적인 전압저하에 의해 분산전원 계통까지 전압이 저하되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 본 발명은 상용수전 모선에서 발생된 순간 전압저하가 분산전원 계통까지 영향을 미치기 이전에 계통을 분리할 수 있으므로, 계통간의 전압저하를 방지하기 위해 고가이면서 손상되기도 쉬운 초전도 리액터를 설치할 필요가 없어 제조비용 및 유지 보수비용을 절감할 수 있다.

Description

전력공급시스템의 계통 연계장치 {Sub-system connecting device in power supply system}
본 발명은 전력공급시스템의 계통 연계장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 상용부하측 전력계통에 단락 및 지락 등의 고장으로 순간적인 전압저하가 발생되었을 때 이를 고속으로 감지하여 중요한 부하가 연결된 자가발전 부하측 전력계통을 상기 고장이 발생된 상용부하측 전력계통으로부터 신속하게 분리시킬 수 있는 전력공급시스템의 계통 연계장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전력공급시스템은 발전소에서 발전된 전력을 송전선로를 통해 수용가측의 부하로 공급하도록 되어 있는데, 수용가측 부하 중에는 결코 정전이 발생되어서는 안 되는 중요한 부하(예컨대, 제철소의 전기로 등)가 존재하는 바 이러한 중요 부하는 발전소로부터 공급되는 상용전원과 자가발전 전원을 병행 공급받도록 되어 있다.
상기와 같이 일반적인 상용전원을 공급받는 부하측 전력공급계통(이하, "상용전원 계통"이라 한다)과 자가발전 전원을 공급받는 부하측 전력공급계통(이하, "분산전원 계통"이라 한다)은 차단기를 통해 상시에는 연결되고 비상시(상용전원의 고장시)에는 분리되도록 되어 있는 바, 상기 차단기와 같이 상용전원 계통과 분산전원 계통을 연결 및 분리하는 장치를 전력공급시스템의 계통연계 장치라고 한다.
도 1은 종래의 일반적인 전력공급시스템에 대한 개략적인 회로구성도로서, 동도면에서는 상용교류전원을 공급받는 상용전원 계통(SA)과 자가발전 전원을 공급받는 분산 전원계통(SB)을 차단기(CB2)로 매개하여 연계하는 전력공급시스템을 나타내었다.
상기의 전력공급시스템은, 발전소 등의 전력발생원으로부터 발전되어 송전선로를 매개로 송전되어온 상용교류전원(Pc)이 차단기(CB1)를 매개로 상용수전 모선(WA)으로 인가되고, 상용수전 모선(WA)에는 복수의 일반 수용가측 부하(LA)가 연결된다.
그리고, 상기 상용수전 모선(WA)에는 차단기(CB2)를 매개로 자가발전 모선(WB)이 연결되고, 이 자가발전 모선(WB)에는 차단기(CB3)를 매개로 자가발전전원(PG)이 연결됨과 더불어 정전되어서는 안 되는 복수의 중요 부하(LB)가 연결된다.
상기와 같이 구성된 전력공급시스템은, 평상시에 차단기(CB2)가 폐쇄되어 있어서 상용교류전원(Pc)이 일반 수용가측 부하(LA) 및 중요 부하(LB)에 모두 공급되나, 상용교류전원(Pc)이 인가되는 송선선로나 상용수전 모선(WA)에 지락이나 단락과 같은 사고가 발생되면 과전류가 부하로 흐르지 않도록 보호계전기(도시되지 않음)에 의해 차단기(CB1)가 개방되고, 차례로 차단기(CB2)가 개방되어 상용전원 계통(SA)과 분산 전원계통(SB)이 분리된다.
그런데, 상기와 같이 상용전원 계통(SA)과 분산 전원계통(SB)을 분리시키는 차단기(CB2)의 동작시간이 대략 100∼200 msec 정도로서, 턴오프 시간이 길기 때문에, 상용전원 계통(SA)의 차단기(CB1)가 개방된 다음 차단기(CB2)가 개방될 동안 상용전원 계통(SA)에 발생된 순시 전압강하에 의해 분산 전원계통(SB)에도 전압강하 현상이 발생되어 중요 부하(LB)가 다운(Down)되어 동작이 중단되는 문제가 있다.
또한, 상용전원 계통(SA)의 차단기(CB1)가 개방된 다음 차단기(CB2)가 개방될 동안 자가발전 전원(PG)이 중요 부하(LB) 이외에 일반 수용가측 부하(LA)까지 연결됨으로써, 자가발전기가 과부하로 운전하게 되어 트립(trip)되거나 소손되어 자가발전 설비 전체에 손실을 발생시키는 문제가 있다.
상기와 같이 계통 연계장치로서 턴오프시간이 느린 차단기(CB2)를 사용함으로서 발생되는 문제점을 해결하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 계통 연계장치로서 한쌍의 싸이리스터(thyristor)(TH1, TH2)를 사용하기도 하였다.
상용전원 계통(SA)과 분산 전원계통(SB)을 연계시킬 때에는 게이트 구동부(도시되지 않음)로부터 게이트 신호를 발생시켜 한쌍의 싸이리스터(TH1, TH2)를 턴온시키고, 지락 및 단락 고장을 검출하는 보호계전기로부터 고장검출신호가 출력되면 상기 게이트구동부가 게이트 신호의 발생을 중지하여 한쌍의 싸이리스터(TH1, TH2)를 턴온시킴으로써, 상용전원 계통(SA)과 분산 전원계통(SB)을 분리시킨다.
그런데, 상기한 도 2의 계통 연계장치의 경우에도 지락 및 단락 고장을 검출하는 보호계전기가 고장을 검출하는데 소요되는 시간이 상용교류전원의 1주기(예컨대, 60Hz 상용교류전원일 경우 대략 16.66 msec) 이상이 소요되며, 싸이리스터의 소자특성상 교류의 파형이 제로크로싱(zero crossing)되는 지점에서만 턴오프될 수 있기 때문에 보호계전기 동작 후 상용전원 계통(SA)과 분산 전원계통(SB)이 분리되기까지는 상용교류전원의 반주기(예컨대, 60Hz 상용교류전원일 경우 대략 8.33 msec) 이상의 시간이 추가로 필요하게 된다.
즉, 상용교류전원의 주파수를 60Hz로 가정했을 때 고장 발생시부터 한쌍의 싸이리스터(TH1, TH2)가 턴오프되어 상용전원 계통(SA)과 분산 전원계통(SB)이 분리되기까지는 대략 16.66 msec ∼ 24.99 msec 정도의 시간이 소요된다.
이 경우 차단기(도 1의 "CB2" 참조)를 사용하는 경우보다는 동작속도가 빨라 과부하에 의해 자가발전기가 다운되는 최악의 사고는 방지할 수 있으나 적어도 계통이 분리되기 전까지의 시간동안에 흐르는 고장전류가 흐르게 되어, 이 고장전류에 의해 발생되는 순간적인 전압저하 현상까지 피할 수 있을 정도로 빠른 시간은 아니기 때문에 분산 전원계통(SB)에 연결된 중요 부하(LB)에 악영향을 미치고 일부는 다운될 수 있었다.
이에 상용전원 계통(SA)과 분산 전원계통(SB)이 분리되기까지 순간 전압저하 현상을 방지하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 브리지형 계통연계장치를 사용하기도 하였는데, 브리지형 계통연계장치의 회로구성은 도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이 다양한 형태가 있다.
먼저, 도 4에 도시된 브리지형 계통연계장치는, 동도면에 도시되어 있는 바와 같이, 상용전원 계통(SA)의 상용수전 모선(WA)과 분산 전원계통(SB)의 자가발전 모선(WB)에 브리지회로를 연결하고 이 브리지회로의 일측에는 한쌍의 싸이리스터(TH1, TH2)를 연결하고 다른 한쪽에는 한쌍의 다이오드(D1, D2)를 연결하며 한쌍의 싸이리스터(TH1, TH2) 및 한쌍의 다이오드(D1, D2)가 연결되는 브리지회로의 접점에는 리액터(L1)를 연결하여 구성된다.
상기한 도 4의 구성에 있어서, 교류가 흐를 때 리액터(L1)의 임피던스는 거의 제로(zero; "0")값에 가까워 손실이 발생되지 않기 때문에, 한쌍의 싸이리스터(TH1, TH2)를 도통시켜 두면 교류 전류가 브리지회로를 통해 자연스럽게 유통되어 상용전원 계통(SA)과 분산 전원계통(SB)을 연계시킬 수 있다.
상용수전 모선(WA)이나 일반 부하(LA)측 선로에서 고장이 발생하여 자가발전 모선(WB)으로부터 상용수전 모선(WA)으로 과전류가 흐르면 순간적으로 리액터(L1)의 양단에 임피던스가 높아져 고장전류를 억제하고 리액터(L1)의 양단 전압레벨이 상승하여 분산 전원계통(SB)의 전압이 저하되는 현상을 방지할 수 있다.
즉, 보호계전기 작동시부터 한쌍의 싸이리스터(TH1, TH2)가 턴오프될 때까지 리액터(L1)에 의해 분산 전원계통(SB)의 전압이 저하되는 것을 방지할 수 있는 것이다.
그런데, 상기한 구성에 있어서, 정상운전시에 리액터(L1)의 임피던스를 제로값으로 유지하기 위해서는 리액터(L1)의 리액턴스를 매우 크게 하여야 하는데, 일반적인 동선코일은 권선 저항치가 커서 전력손실이 크기 때문에 전력 손실이 거의 없는 초전도 리액터를 사용하게 된다.
그러나, 초전도 리액터를 사용하더라도 차단기(CB2)가 개방되어 상용전원 계통(SA)과 분산 전원계통(SB)이 분리되었을 때 초전도 리액터에 축적된 자기에너지에 의해 초전도 리액터가 손상되어 단선되는 문제점이 있었다.
이에 상기한 초전도 리액터의 손상 문제를 해결하기 위해 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 브리지 회로 내에 하나 또는 그 이상의 저항(R) 및 이 저항(R)을 선택적으로 단락시킬 수 있는 스위치(SW) 및 차단기(CB4)를 설치하여 구성한 브리지형 계통연계장치가 있었다.
이러한 구성의 브리지형 계통연계장치는 보호계전기가 동작되지 않는 정상운전시에는 저항(R)을 단락시켜 전력손실이 발생되지 않게 하고, 고장이 발생되어 보호계전기가 동작하면 저항(R)을 회로에 연결시켜 리액터(L1)에 축적된 에너지를 저항(R)을 통해 소비시킴으로써, 리액터(L1)을 보호하게 된다.
다른 예로서, 도 8에 도시된 바와 같이, 차단기(CB2)가 개방되면 브리지 회로 자체를 단락시키는 스위치(SW2)를 설치함으로써, 리액터(L1)의 손상을 방지하도록 구성된 브리지형 계통연계장치도 있었다.
그러나, 상기에서 열거한 브리지형 계통연계장치들도, 고장발생시 상용 수전모선이나 일반 부하 측 선로에 설치되어 있는 단락 및 지락 고장을 검출하는 보호계전기에 연동하여 동작되는 보호계전기 의존형이었기 때문에, 보호계전기가 동작되기 이전에는 상용전원 계통과 분산 전원계통을 분리시킬 수 없어 순시 전압저하에 민감한 중요 부하를 신뢰성 있게 보호할 수 없는 근원적인 문제점이 있었다.
또한, 고가인 초전도 리액터를 사용하여 제조비용이 증가되는 문제점이 있었으며, 축적된 에너지에 의해 쉽게 손상되는 상기한 고가의 초전도 리액터를 보호하기 위해 저항과 이 저항 또는 브리지회로를 단락시키기 위한 스위치를 설치한 경우에도 상기 스위치를 동작시키는 데 최소한 수십 msec 이상이 소요되어 이 지연시간동안 초전도 리액터에 축적된 에너지가 방출되지 못해 초전도 리액터가 손상되기는 마찬가지이어서 초전도 리액터를 빈번하게 교체해야 함에 따라 유지 보수비용이 많이 드는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로, 상용 수전모선의 고장을 자체적으로 직접 감지하고 고장이 감지되면 고속 스위칭에 의해 상용전원 계통과 분산 전원계통을 분리시킴으로써, 상용전원 계통에서 고장이 발생되었을 때 분산 전원계통의 중요 부하를 순간 전압 저하로부터 신뢰성 있게 보호할 수 있는 전력 공급시스템의 계통 연계장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 내지 도 3은 종래의 전력공급시스템을 도시한 개략도,
도 4 내지 도 8은 도 3에 도시된 브리지형 계통연계장치의 각기 다른 종래예에 따른 회로구성도,
도 9는 본 발명이 적용된 전력공급시스템에 대한 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 계통연계장치 110: 전압감지부
120: 전류감지부 130: 신호처리부
140: 순저검출부 150: 전압검출부
160: 고장/방향검출부 170: 제어부
180: 구동부 190: IGBT 스위치
195: 단락 스위치 SA: 상용전원 계통
SB: 분산전원 계통 WA: 상용수전 모선
WB: 자가발전 모선 Pc: 상용교류전원
PG: 자가발전전원 LA: 일반 부하
LB: 중요 부하 CB1∼CB3: 차단기
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 공급시스템의 계통 연계장치는, 상용전원 계통의 상용수전 모선에 설치되는 전압감지수단과, 상기 전압감지수단에 의해 순간적인 전압레벨의 저하가 감지되면 이에 대한 감지신호를 발생하는 순저검출부와, 상기 순저검출부로부터 발생된 감지신호에 의해 상용전원 계통의 고장 여부를 판단하여 그 판단결과에 따라 계통분리신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부로부터 계통분리신호가 출력되지 않으면 스위칭절환에 의해 상용전원 계통의 상용수전 모선과 분산전원 계통의 자가발전 모선을 연결하고 계통분리신호가 출력되면 스위칭절환에 의해 상기 상용수전 모선과 상기 자가발전 모선간의 연결을 차단하는 스위칭수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명이 적용된 전력공급시스템에 대한 개략도로서, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명이 적용된 전력공급시스템은, 상용전원 계통(SA)과 분산 전원계통(SB)과 차단기(CB2) 및 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력공급시스템의 계통 연계장치(100)로 구성된다.
여기서, 상용전원 계통(SA)과 분산 전원계통(SB)과 차단기(CB2)는 도 1 내지 도 8에서 설명하였던 종래의 구성과 동일하므로 중복된 기재를 회피하고자 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
상기 계통 연계장치(100)는 전압감지부(110)와 전류감지부(120)와 신호처리부(130)와 순저검출부(140)와 전압검출부(150)와 고장/방향검출부(160)와 제어부(170)와 구동부(180)와 IGBT 스위치(190)와 단락 스위치(195)를 포함하여 구성된다.
상기 전압감지부(110)는 상용수전 모선(WA)의 각 상에 대한 전압레벨을 감지하여 그에 상응하는 아날로그형태의 감지신호를 출력하는 것으로, 예컨대, 복수의 계기용 변압기(Potential Transformer; "PT")일 수 있다.
상기 전류감지부(120)는 상용수전 모선(WA)의 각 상에 대한 전류치를 감지하여 그에 상응하는 아날로그형태의 감지신호를 출력하는 것으로, 예컨대, 복수의 전류 변압기(Current Transformer; "CT")일 수 있다.
상기 신호처리부(130)는 상기 전압감지부(110)와 전류감지부(120)로부터 출력된 아날로그형태의 감지신호를 필터링하여 이를 A/D변환(Analog To Digital Converting)하여 디지털형태의 감지신호로 변환하여 출력한다.
상기 순저검출부(140)는 상기 신호처리부(130)로부터 출력된 디지털형태의 전압감지신호에 의해 순간적인 전압저하현상의 발생여부를 판단하며 순간적인 전압저하현상이 발생되면 순저검출신호를 발생하여 제어부(170)로 입력한다.
상기 전압검출부(150)는 상기 신호처리부(130)로부터 출력된 디지털형태의 전압감지신호에 의해 상용수전 모선(WA)에 흐르는 전압레벨을 검출하고 검출된 전압레벨을 연산하여 전압의 실효값(RMS: Root Mean Squared Value) 즉, 실효전압값을 산출하고 산출된 실효전압값을 제어부(170)로 입력한다.
상기 고장/방향검출부(160)는 지락 및 단락 과전류계전검출요소와 방향성 지락 및 단락계전검출요소를 포함하여 구성되며 상기 신호처리부(130)로부터 출력된디지털형태의 전류감지신호에 의해 상용수전 모선(WA)에 지락 및 단락고장이 발생되었는지를 판단함과 더불어 지락 및 단락고장이 발생된 방향을 판단하여 그 판단결과에 따라 고장 검출신호 및 고장방향 검출신호를 발생하여 제어부(170)로 입력한다.
상기 제어부(170)는 순저검출부(140)로부터 입력되는 순저검출신호와 전압검출부(150)로부터 입력되는 실효전압값과 고장/방향검출부(160)로부터 입력되는 고장 검출 및 고장방향 검출신호에 의해 상용전원 계통(SA)의 고장여부를 판별하여 상용전원 계통(SA)에 고장이 발생된 것으로 판별되면 계통분리신호를 발생하여 구동부(180)로 인가한다. 참고적으로, 상기한 제어부(170)로는 고속의 신호연산유닛인 DSP(Digital Signal Processor)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 구동부(180)는 정상운전시 즉, 제어부(170)로부터 계통분리신호가 인가되지 않는 평상시에는 IGBT 스위치(190)를 턴온시키기 위한 게이트제어신호를 발생하여 IGBT 스위치(190)로 인가하며 제어부(170)로부터 계통분리신호가 인가되면 IGBT 스위치(190)를 턴오프시키기 위한 게이트제어신호를 IGBT 스위치(190)로 인가한다.
상기 IGBT 스위치(190)는 고속의 전력용 스위칭소자인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 채용하여 양방향으로 교류전원을 도통시키는 스위치로서, 구동부(180)로부터 인가되는 게이트제어신호에 따라 IGBT를 구동하여 상용수전 모선(WA)과 자가발전 모선(WB) 간에 교류전원을 도통시키거나 IGBT의 구동을 중단시켜상용수전 모선(WA)과 자가발전 모선(WB) 간에 교류전원의 도통을 차단한다.
상기 단락 스위치(195)는 상용전원 계통(SA)의 지락 및 단락고장을 검출하여 차단기(CB1, CB2)를 동작시키는 보호계전기(도시되지 않았음)가 동작되면 이에 연동하여 IGBT 스위치(190)를 단락시킴으로써, IGBT 스위치(190) 내에 축적된 에너지를 방전시킨다.
상기 단락 스위치(195)는 분리된 상용전원 계통(SA)과 분산전원 계통(SB)을 다시 계통연계 시키고자 할 때에 사용하는 스위치로써, IGBT 스위치(190)에 의해 상용전원 계통(SA)와 분산전원 계통(SB)이 완전히 분리 차단 된 이후에 고장에 해결되어 다시 계통을 연계 재투입 하고자 할 때 IGBT 스위치(190)를 구동시키기 전 먼저 단락 스위치(195)를 폐쇄시켜서 상용전원 계통(SA)과 분산전원 계통(SB)을 연결한 다음에 IGBT 스위치(190)를 동작시키게 된다. 참고적으로, IGBT 스위치(190)가 동작된 이후에는 단락스위치(195)를 개방시키게 된다.
이제 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 효과를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
정상운전상태에서, 제어부(170)로부터는 상용전원 계통(SA)과 분산전원 계통(SB)을 연계시키기 위한 제어신호가 출력되어 구동부(180)로 인가되며, 상기 제어부(170)로부터의 제어신호에 의해 구동부(180)에서는 IGBT 스위치(190)를 턴온시키기 위한 게이트제어신호가 발생되어 IGBT 스위치(190)로 인가된다.
상기 구동부(180)로부터 인가되는 게이트제어신호에 의해 IGBT 스위치(190)는 IGBT를 구동하여 상용수전 모선(WA)과 자가발전 모선(WB) 간에 교류전원을 도통시킨다.
이때, 전압감지부(110)에서는 상용수전 모선(WA)의 전압레벨에 상응하는 아날로그형태의 전압감지신호가 발생되고, 전류감지부(120)에서는 상용수전 모선(WA)에 흐르는 전류치에 상응하는 아날로그형태의 전류감지신호가 발생된다.
상기 전압감지부(110) 및 전류감지부(120)에서 각각 발생된 아날로그형태의 전압 및 전류감지신호는 신호처리부(130)로 입력되어 필터링과정을 거친 다음 A/D변환에 의해 디지털형태의 전압 및 전류감지신호로 변환되어 신호처리부(130)로 출력된다.
이에 순저검출부(140)는 상기 신호처리부(130)로부터 출력된 디지털형태의 전압감지신호에 의해 순간적인 전압저하현상의 발생여부를 판단하며 순간적인 전압저하현상이 발생되면 순저검출신호를 발생하여 제어부(170)로 입력한다.
상기 전압검출부(150)는 상기 신호처리부(130)로부터 출력된 디지털형태의 전압감지신호에 의해 상용수전 모선(WA)에 흐르는 전압레벨을 검출하고 검출된 전압레벨을 연산하여 실효전압값을 산출하고 산출된 실효전압값을 제어부(170)로 입력한다.
상기 고장/방향검출부(160)는 상기 신호처리부(130)로부터 출력된 디지털형태의 전류감지신호에 의해 상용수전 모선(WA)에 지락 및 단락고장이 발생되었는지를 판단함과 더불어 지락 및 단락고장이 발생된 방향을 판단하여 그 판단결과에 따라 고장 검출신호 및 고장방향 검출신호를 발생하여 제어부(170)로 입력한다.
상기 제어부(170)는 순저검출부(140)로부터 입력되는 순저검출신호와 전압검출부(150)로부터 입력되는 실효전압값과 고장/방향검출부(160)로부터 입력되는 지락 및 단락 고장 검출신호와 그 고장이 상용전원 계통(SA)쪽인지 아니면 분산전원 계통(SB)쪽인지의 방향 검출신호에 의해 상용전원 계통(SA)의 고장여부를 판별하여 상용전원 계통(SA)에 고장이 발생된 것으로 판별되면 계통분리신호를 발생하여 구동부(180)로 인가한다.
여기서, 상기 제어부(170)는 순저검출부(140)를 통해 검출되는 전압저하현상과 전압검출부(150)를 통해 검출되는 실효전압값과 고장/방향검출부(160)를 통해 검출되는 지락 및 단락 고장과 그 고장방향 중 어느 일부 요소를 선택적으로 고려하거나 모든 요소를 전부 고려하여 고장 발생 여부를 판단하도록 설정될 수 있다.
예컨대, 제어부(170)는 타 검출부를 통해서는 이상발생이 검출되지 않는 상태에서 순저검출부(140)를 통해 전압저하현상이 검출되거나, 타 검출부를 통해서는 이상발생이 검출되지 않는 상태에서 전압검출부(150)를 통해 검출되는 실효전압값이 설정값보다 낮거나, 타 검출부를 통해서는 이상발생이 검출되지 않는 상태에서 고장/방향검출부(160)를 통해 지락 또는 단락 고장이 검출되고 그 방향이 상용수전모선(WA) 쪽인 경우에 각각 고장이 발생된 것으로 판단하도록 설정될 수 있다.
다른 예로, 제어부(170)는 고장판단의 신뢰성을 높이기 위해 순저검출부(140)와 전압검출부(150) 및 고장/방향검출부(160)를 통해 각각 검출되는 3가지 이상발생 요소 중 2가지 이상의 이상발생 요소가 검출되는 경우에 고장이 발생된 것으로 판단하거나, 3가지 모두의 이상발생 요소가 검출되는 경우에만 고장이 발생된 것을 판단하도록 설정될 수 있다.
상기 제어부(170)로부터 출력되는 계통분리신호는 구동부(180)로 인가되고, 제어부(170)로부터 인가되는 계통분리신호에 의해 구동부(180)로부터는 IGBT 스위치(190)를 턴오프시키기 위한 게이트제어신호가 발생되어 IGBT 스위치(190)로 인가된다.
상기 구동부(180)로부터 인가된 게이트제어신호에 의해 IGBT 스위치(190)는 IGBT의 구동을 중단시켜 상용수전 모선(WA)과 자가발전 모선(WB) 간에 교류전원의 도통을 차단한다.
여기서, 상기 IGBT 스위치(190)에 채용된 IGBT 스위칭소자는 스위칭속도가 2~3 ㎲ec 정도이고 교류파형에 관계없이 어느 시점에서도 턴오프될 수 있기 때문에, 상용수전 모선(WA)의 순간적인 전압저하 또는 단락이나 지락 고장이 감지되는 즉시 상용전원 계통(SA)과 분산 전원계통(SB)을 분리시킬 수 있다.
한편, 상기한 본 발명의 실시예에서는, 상용전원 계통(SA)과 분산전원계통(SB)을 분리시키기 위한 스위칭소자로 "IGBT"를 사용한 경우만을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 "IGBT"이외에 IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor)가 사용될 수 있다. 이외에도, 양방향 고속 전력용 스위칭소자라면 그 어떤 형태의 스위칭소자도 이용이 가능하다.
상기에서 본 발명은 특정 실시예를 예시하여 설명하지만 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 당업자는 본 발명에 대한 다양한 변형, 수정을 용이하게 만들 수 있으며, 이러한 변형 또는 수정이 본 발명의 특징을 이용하는 한 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 명심해야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 차단기를 동작시키는 보호계전기로부터 고장발생신호를 기다리지 않고 상용수전 모선에 설치된 감지수단을 통해 상용수전 모선의 지락 및 단락 고장을 검출하여 상용전원 계통과 분산전원 계통을 분리시키므로, 보호계전기에 연동하여 동작하였던 종래의 계통 연계장치에 비해 고장발생시간으로부터 계통을 분리시키기까지 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
특히, 본 발명은, 순저 검출부를 통해 상용수전 모선의 순간적인 전압저하를 감지하여 계통을 분리시키므로, 지락 및 단락 고장에 따른 상용수전 모선의 순간적인 전압저하에 의해 분산전원 계통까지 전압이 저하되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
이와 더불어, 본 발명은 계통을 연계 및 분리하는 스위칭소자로서 종래의 계통 연계장치에 사용하였던 차단기와 싸이리스터에 비해 적게는 수십배에서 많게는 수백배 이상 스위칭속도가 빠른 IGBT나 IGCT 등 양방향 고속 전력용 스위칭소자를 사용함으로써, 계통분리시간을 획기적으로 단축시킬 수 있다.
본 발명은 상용수전 모선에서 발생된 순간 전압저하가 분산전원 계통까지 영향을 미치기 이전에 계통을 분리할 수 있으므로, 계통간의 전압저하를 방지하기 위해 고가이면서 손상되기도 쉬운 초전도 리액터를 설치할 필요가 없어 제조비용 및 유지 보수비용을 절감할 수 있다.

Claims (6)

  1. 상용전원을 부하로 공급하는 상용전원 계통의 상용수전 모선과 자가발전 전원을 부하로 공급하는 분산전원 계통의 자가발전 모선을 선택적으로 연결 및 분리하도록 되어 있고 보호계전기에 의해 동작하는 차단기에 의해 상용수전모선의 고장에 따라 자가발전 모선을 분리시키도록 이루어진 전력공급시스템의 계통연계 장치에 있어서,
    상기 보호계전기 및 차단기 이외에,
    상기 상용수전 모선에 설치되는 전압감지수단과,
    상기 전압감지수단에 의해 순간적인 전압레벨의 저하가 감지되면 이에 대한 감지신호를 발생하는 순저검출부와,
    상기 순저검출부로부터 발생된 감지신호에 의해 상용전원 계통의 고장 여부를 판단하여 그 판단결과에 따라 계통분리신호를 출력하는 제어부와,
    상기 제어부로부터 계통분리신호가 출력되지 않으면 스위칭절환에 의해 상기 상용수전 모선과 상기 자가발전 모선을 연결하고 계통분리신호가 출력되면 스위칭절환에 의해 상기 상용수전 모선과 상기 자가발전 모선간의 연결을 차단하는 스위칭수단을 추가로 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전력공급시스템의 계통연계장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭수단은, 상기 상용수전 모선과 상기 자가발전 모선 사이에 설치된 양방향 고속 전력용 스위칭소자 및,
    상기 제어부로부터 인가되는 신호에 따라 그에 상응하는 게이트제어신호를 발생하여 상기 양방향 고속 스위칭소자의 게이트로 인가하는 구동부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전력공급시스템의 계통연계장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 양방향 고속 전력용 스위칭소자는, 인슐레이티드 게이트 바이폴러 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전력공급시스템의 계통연계장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 양방향 고속 전력용 스위칭소자는, 인티그리에이티드 게이트 커뮤테이티드 싸이리스터인 것을 특징으로 하는 전력공급시스템의 계통연계장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전압감지수단에 의해 검출되는 전압레벨을 연산하여 실효전압값을 구하는 전압검출부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 전압검출부에 의해 구해지는 실효전압값에 의해 상용전원 계통의 고장 여부를 판단하는 제어동작을 더 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력공급시스템의 계통연계장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상용수전 모선에 설치되는 전류감지수단 및, 상기 전류감지수단에 의해 전류치에 의해 지락 고장과 단락 고장여부 및 그 고장의 방향을 검출하여 그에 상응하는 감지신호를 발생하는 고장/방향검출부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 고장/방향검출부로부터 인가되는 감지신호에 의해 상용전원 계통의 고장 여부를 판단하는 제어동작을 더 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력공급시스템의 계통연계장치.
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