KR100599818B1 - A novel out-of-Step detection algorithm using time variation of complex power - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복소전력의 시간당 변화율을 이용한 동기탈조 검출방법에 관한 것으로, 1기 무한모선 계통에서 전압, 전류를 측정하여 복소전력(유효전력 및 무효전력)을 계산하는 단계와; 상기 계산된 복소전력을 복소평면상에 타원의 방정식 형태의 궤적으로 표현하는 단계와; 상기 계산된 복소전력(S)으로부터 유효전력(P)과 무효전력(Q)의 시간당 변화율을 계산하는 단계와; 상기 계산된 유효전력(P)과 무효전력(Q)의 시간당 변화율을 이용하여 안정한 경우의 전력동요인 SEP(Stable Equilibrium Point)와 불안정한 경우의 전력동요인 UEP(Unstable Equilibrium Point)를 구분하는 단계와; 타원의 방정식 형태로 표현된 상기 복소전력(S)의 궤적을 이용하여 등면적법과 유사한 형태로 과도안정도를 평가하는 단계; 및 상기 복소전력(S)의 궤적이 상기 UEP를 통과하는지를 검출하여 동기탈조 검출지점을 판정하는 단계를 포함하고; 상기 과도안정도 평가의 기준이 되는 발전기 기계적 입력(P m )은 저역통과필터를 이용하여 유효전력(P)으로부터 추정하며, 상기 발전기 기계적 입력(P m )이 복소전력의 궤적과 만나는 지점인 UEP지점에서 동기탈조를 검출하는 것을 특징으로 하여, 동기탈조지점을 빠르고 정확하게 검출함으로서 계통의 동요에 정확히 대처하고, 계전기의 오동작 및 부동작을 방지하여 안정적이고 신뢰성 있는 계통운영을 기대할 수 있다.The present invention relates to a synchronization synchronous detection method using an hourly rate of change of complex power, comprising: calculating complex power (effective power and reactive power) by measuring voltage and current in a first infinite bus system; Expressing the calculated complex power as a trajectory in the form of an ellipse equation on a complex plane; Calculating an hourly rate of change of active power ( P ) and reactive power ( Q ) from the calculated complex power ( S ); Distinguishing the stable power disturbance SEP (Stable Equilibrium Point) and the unstable power disturbance UEP (UEP) using the calculated hourly rate of change of active power ( P ) and reactive power ( Q ); ; Evaluating the transient stability in a form similar to the iso-area method by using the trajectory of the complex power S expressed in the form of an ellipse equation; And detecting whether a trajectory of the complex power S passes through the UEP to determine a synchronization stop detection point. The generator mechanical input ( P m ), which is the basis of the transient stability evaluation, is estimated from the effective power ( P ) by using a low pass filter, and the UEP point which is the point where the generator mechanical input ( P m ) meets the locus of the complex power. It is possible to expect stable and reliable operation of the system by detecting synchronous stoppage at a fast and accurate detection of synchronous stoppage, to cope with the fluctuation of the system accurately, and to prevent malfunction and malfunction of the relay.
유효전력, 무효전력, 시간당 변화율, 궤적 이동, 발전기 기계적 입력, 동기탈조, 과도안정도Active power, reactive power, rate of change per hour, trajectory movement, generator mechanical input, synchronous disengagement, transient stability
Description
도 1은 종래 동기탈조 계전기의 임피던스 동작특성을 나타낸 도면,1 is a view showing the impedance operation characteristics of a conventional synchronous elimination relay;
도 2는 종래의 R-X 평면에서 single blinder를 이용한 동기탈조 검출기법을 나타낸 도면,2 is a view showing a synchronous out-of-detection method using a single blinder in the conventional R-X plane,
도 3은 종래의 R-X 평면에서 double blinder를 이용한 동기탈조 검출기법을 나타낸 도면,3 is a view showing a synchronous out-of-detection method using a double blinder in the conventional R-X plane,
도 4는 종래의 R-X 평면에서 concentric circle type을 이용한 동기탈조 검출기법을 나타낸 도면,4 is a view showing a synchronous stop detection method using a concentric circle type in the conventional R-X plane,
도 5는 종래의 PMU(Phasor Measurement Unit)를 이용한 동기탈조 검출기법을 나타낸 도면,5 is a diagram illustrating a synchronous out-of-detection method using a conventional PMU (Phasor Measurement Unit),
도 6은 정상운전중의 유효전력(P)-상차각(δ) 평면에서 전기적 출력(P e )의 궤적을 나타낸 곡선도,6 is a curve diagram showing the trajectory of the electrical output P e in the plane of active power P -phase difference δ during normal operation;
도 7은 본 발명의 1기 무한모선 계통도,7 is a diagram of the first stage infinite bus line of the present invention,
도 8은 본 발명의 복소평면상에서 타원의 방정식 형태로 표현된 복소전력의 궤적을 나타낸 도면,8 is a view showing the trajectory of the complex power expressed in the form of an ellipse equation on the complex plane of the present invention;
도 9는 본 발명의 복소평면에서 발전기 기계적 입력을 고려한 복소전력의 궤적을 나타낸 도면,9 is a view showing the trajectory of the complex power in consideration of the generator mechanical input in the complex plane of the present invention,
도 10은 안정된 전력동요의 경우, 본 발명의 복소평면상에서 복소전력의 궤적이동과 등면적법에서의 전력-상차각 곡선의 궤적이동을 나타낸 도면,10 is a view showing the locus movement of complex power on the complex plane of the present invention and the locus of power-phase difference curves in the constant area method in the case of stable power fluctuations;
도 11은 불안정한 전력동요의 경우, 본 발명의 복소평면상에의 복소전력의 궤적이동과 등면적법에서의 전력-상차각 곡선의 궤적이동을 나타낸 도면,Fig. 11 is a diagram showing the locus of the complex power on the complex plane of the present invention and the locus of the power-phase difference curve in the constant area method in the case of unstable power fluctuations.
도 12는 고장 이전의 유효전력을 이용하여 본 발명의 발전기 기계적 입력을 추정하는 방법을 나타낸 도면,12 is a diagram showing a method for estimating the generator mechanical input of the present invention using the active power before failure;
도 13은 본 발명의 복소전력의 궤적과 발전기 기계적 입력을 이용한 동기탈조 검출방법을 나타낸 도면,FIG. 13 is a diagram illustrating a synchronous stop detection method using a complex power trajectory and a generator mechanical input according to the present invention; FIG.
도 14는 본 발명의 유효전력 및 무효전력의 시간당 변화율에 따른 궤적 이동의 판별을 나타낸 도면,14 is a view showing the trajectory movement according to the rate of change of the active power and reactive power per hour according to the present invention;
도 15는 본 발명에 의한 복소전력의 시간당 변화율을 이용한 동기탈조 검출 알고리즘을 구현한 순서도,15 is a flowchart of implementing a synchronous stop detection algorithm using a rate of change of complex power according to the present invention;
도 16은 본 발명의 일실시예에 의한 345kV 2회선 무한모선 계통도,16 is a 345kV two-line infinite bus line diagram according to an embodiment of the present invention,
도 17은 도 16에서 고장지속시간 5주기에서의 동기탈조 현상 발생시 시간에 따른 전력의 변화를 나타낸 도면,FIG. 17 is a view illustrating a change in power according to time when a synchronous breakdown phenomenon occurs in 5 cycles of failure duration time in FIG.
도 18은 도 16에서 고장지속시간 5주기에서의 복소평면상에서 복소전력과 발전기 기계적 입력의 궤적을 나타낸 도면,FIG. 18 is a diagram illustrating a trajectory of complex power and generator mechanical input on a complex plane at 5 cycles of failure duration in FIG. 16;
도 19는 도 16에서 고장지속시간 5주기에서의 시간에 따른 실제 발전기 각도 변화와 알고리즘을 적용한 동기탈조 검출 신호를 나타낸 도면,FIG. 19 is a view illustrating a synchronous stop detection signal applying an algorithm and an actual generator angle change according to time at 5 cycles of failure duration in FIG. 16;
도 20은 도 16에서 고장지속시간 10주기에서의 동기탈조 현상 발생시 시간에 따른 전력의 변화를 나타낸 도면,FIG. 20 is a view illustrating a change in power with time when a synchronous breakdown phenomenon occurs in a failure duration time of 10 cycles in FIG.
도 21은 도 16에서 고장지속시간 10주기에서의 복소평면상에서 복소전력과 발전기 기계적 입력의 궤적을 나타낸 도면,21 is a diagram showing the trajectories of complex power and generator mechanical input on a complex plane at 10 cycles of fault duration in FIG. 16;
도 22는 도 16에서 고장지속시간 10주기에서의 시간에 따른 실제 발전기 각도변화와 알고리즘을 적용한 동기탈조 검출 신호를 나타낸 도면.FIG. 22 is a diagram illustrating a synchronous stop detection signal to which an actual generator angle change and an algorithm are applied according to time in a failure duration time of 10 cycles in FIG. 16; FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings
V s : 전압 I : 전류 V s : Voltage I : Current
S : 복소전력 P : 유효전력 S : Complex Power P : Active Power
Q : 무효전력 Q : reactive power
본 발명은 전력계통, 배전계통 등의 송배전 계통에 있어서의 전력용 보호시스템에 관한 것으로, 특히 복소전력의 시간당 변화율과 발전기의 기계적 입력을 이용하여 동기탈조지점을 빠르고 정확하게 검출하는 복소전력의 시간당 변화율을 이용한 동기탈조 검출방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
현재 전력산업은 지속적인 부하의 성장 및 전력산업 구조 개편에 따라, 공공성보다는 경제성에 더 비중을 두고 있다. 따라서, 개개의 설비보호에 치중할 것으로 예상되고 이는 필연적으로 전력계통의 안정도를 저해하는 요소로 작용하고 있기 때문에, 전력계통 전체의 안정도의 중요성은 더욱 커지고 있다.Currently, the electric power industry places more emphasis on economics than publicity due to continuous load growth and restructuring of the electric power industry. Therefore, it is expected to focus on the protection of the individual equipment, which inevitably acts as a factor that hinders the stability of the power system, the importance of the stability of the entire power system is increasing.
일반적으로, 정상 운전중인 전력계통은 평형을 유지하지만 전력계통에서 고장이 발생하거나 급격한 부하변동 등으로 전압이나 주파수가 일정범위를 벗어날 때, 발전기가 동기상태에서 운전이 불가능하여 계통에서 분리하는 현상을 동기탈조라 한다. 이런 동기탈조 현상은 과도한 외란에 의하여 계통에서 한 발전기는 가속되는 반면 다른 발전기는 감속되므로 두 발전기 사이에 동기탈조가 발생한다. 고장 발생 지속시간이 길어지면 계통상에서 고장의 발생 등에 의해 전압 또는 주파수가 일정범위에서 요동치는 전력동요가 동기탈조 현상으로 발전되게 된다. Generally, the power system in normal operation maintains the equilibrium, but when the voltage or frequency is out of a certain range due to a breakdown in the power system or a sudden load change, the generator cannot be operated in a synchronous state and is separated from the system. It is called synchronous escape. This phenomenon is caused by excessive disturbance, so that one generator in the system is accelerated while the other generator is decelerated. If the duration of failure occurs longer, power fluctuations in which the voltage or frequency fluctuate in a certain range due to the occurrence of a failure in the system are developed into a synchronous stoppage phenomenon.
이러한 동기탈조 현상이 발생하는 동안의 전압, 전류는 전원의 위상각 δ에 의해서 진동한다. 따라서 위상각 δ가 진동이 점점 커짐에 따라 전류와 전압의 진동에 의해 피상임피던스가 존(zone)영역을 통과하게 되는데 이렇게 거리 계전기의 피상임피던스 궤적상의 존(zone)영역의 통과여부를 판단함으로써 간접적으로 동기탈조를 검출하는 방법에는 국내특허1996-037498호가 있다.The voltage and current during this synchronous degenerating phenomenon oscillate by the phase angle δ of the power supply. Therefore, as the phase angle δ increases, the apparent impedance passes through the zone region due to the vibration of current and voltage. In this way, it is indirectly determined whether the zone region on the apparent impedance trajectory of the distance relay passes. As a method of detecting a synchronous stoppage there is a domestic patent 1996-037498.
동 공보에 기재된 종래의 동기탈조 계전기는 파워스윙 블로킹 계전기와 동기탈조 계전기가 각각 별도로 구성되어 있는 것을 하나의 계전기에 실현한 것으로, 각 계전기가 바라보는 피상임피던스의 크기와 피상임피던스 궤적의 속도를 이용하여 임피던스의 크기에 따라 3개의 영역을 설정하고, 그 영역에서 변화하는 임피던 스 궤적의 속도로부터 파워스윙 및 동기탈조를 검출하는 것이다.The conventional synchronous step-off relay described in this publication realizes that a power swing blocking relay and a synchronous step-out relay are configured separately in one relay. In this case, three areas are set according to the magnitude of the impedance, and power swing and synchronous deviation are detected from the speed of the impedance trajectory changing in the area.
도 1을 참조하면, 외부의 가장 큰 사각형은 파워스윙 영역(power swing zone;PSZ)이며, 그 내부의 두 번째 사각형은 파워스윙을 판정하기 위한 파워스윙 판정영역(Z3)이고 가장 작은 사각형은 동기탈조 영역(out of step zone; OSZ)을 나타낸다. 이와 같은 좌표상에서 임피던스 궤적은 제1사분면의 PSZ 외부에서 상기 PSZ 쪽으로 진입하게 되는데, 만약 상기 PSZ을 진입한 후 짧은 시간동안에 원점으로 접근하면 고장상태로 판정하며, 상기 PSZ을 진입한 후 Z3와의 사이에 영역(ΔZ)에서 머물다가 다시 외부로 빠져 나가면 파워스윙상태로 판정하며, 상기 PSZ을 진입한 후 Z3를 거쳐 OSZ로 진입한 후 다시 제2사분면으로 빠져나가게 되면 동기탈조로 판정한다.Referring to FIG. 1, the outer largest square is a power swing zone (PSZ), the second square inside thereof is a power swing determination zone Z3 for determining a power swing, and the smallest square is a sync. Out of step zone (OSZ). On this coordinate, the impedance trajectory enters the PSZ from the outside of the first quadrant of the first quadrant. If the home position is approached for a short time after entering the PSZ, it is determined to be in a fault state. If it stays in the area ΔZ and exits to the outside again, it is determined as a power swing state, and after entering the PSZ, entering the OSZ through Z3, and exiting to the second quadrant again, it is determined to be a synchronous release.
그런데, 계통 안정도에 크게 영향을 미치는 동기탈조를 검출하기 위한 종래의 동기탈조 검출 알고리즘은 존(zone)영역의 통과여부와 통과시간을 동시에 만족해야만 검출하게 되는데 아주 심한 외란에 의해서 동기탈조가 발생되는 경우 존(zone)통과 시간이 빠르기 때문에 검출하지 못하는 경우가 발생된다. 그리고, 기존의 피상임피던스 궤적에 의한 동기탈조 검출의 경우 피상임피던스 영역 통과만을 고려하여 검출하고 존(zone)영역을 완전히 통과할 때의 발전기 위상차 δ는 일반적으로 180도 이상에서 검출되기 때문에 계통을 고려한 검출이 어렵고, 또한 빠른 계통의 동요에는 정확하게 검출하지 못하여 계전기가 오동작 또는 부동작하는 경우가 발생하므로, 계통의 안정도를 더욱 악화시키는 문제점이 있다.However, the conventional synchronous stop detection algorithm for detecting synchronous stoppage which greatly affects the system stability is detected only when both the pass zone and the pass time of the zone are satisfied. In this case, detection is not possible because of the fast zone passing time. In the case of the conventional synchronous detection by the apparent impedance trajectory, only the passage of the apparent impedance region is detected and the generator phase difference δ when passing completely through the zone region is generally detected at 180 degrees or more. It is difficult to detect and the relay may malfunction or not operate properly due to the rapid fluctuation of the system. Therefore, the stability of the system is further deteriorated.
또한, 도 2에서는 상기와 같은 종래의 동기탈조 검출기법(알고리즘) 중 하나인 싱글 블라인더(Single Blinder)를 이용한 동기탈조 검출 알고리즘을 보여주고 있다. 본 기법(알고리즘)의 특징은 피상임피던스 궤적 추적을 통하여 동기탈조 상황을 검출하며 안정된 전력동요의 경우는 검출하지 못한다. 또한 동기탈조를 검출하기 위하여 피상임피던스 궤적이 설정된 양쪽 블라인더(Blinder)를 다 통과할 때까지 시간이 경과하여야 하므로 동기탈조 현상이 더욱 심화되는 단점이 있다.In addition, FIG. 2 illustrates a synchronous departure detection algorithm using a single blinder, which is one of the conventional synchronous detection methods (algorithms) as described above. This algorithm (algorithm) is characterized by the detection of synchronous out-of-balance situation by tracking the apparent impedance trajectory, but not the case of stable power fluctuation. In addition, since the time has to pass through both blinders where the apparent impedance trajectory is set in order to detect the synchronous out-of-synchronization, there is a disadvantage in that the synchronous out-of-order phenomenon becomes more severe.
도 3은 종래의 동기탈조 검출기법(알고리즘) 중 하나인 더블 블라인더(Double Blinder)를 이용한 동기탈조 검출 기법(알고리즘)을 보여주고 있다. 본 기법(알고리즘)의 특징은 피상임피던스 궤적 추적을 통한 싱글 블라인더(Single Blinder)와 유사하나 안정된 경우의 전력동요를 검출할 수 있다는 차이점을 가지고 있다. 마찬가지로 동기탈조 검출 시 피상임피던스 궤적이 설정된 양쪽 전력동요 검출 요소(Power Swing Detection Element)를 모두 통과하여야 하므로 계통의 불안정성이 심화된다는 단점이 있다.FIG. 3 shows a synchronous stop detection method (algorithm) using a double blinder, which is one of the conventional synchronous stop detectors (algorithm). The feature of this technique is similar to that of a single blinder with tracking of the apparent impedance trajectory, with the difference that it can detect power fluctuations in a stable case. Likewise, when the synchronization lag detection is performed, both power swing detection elements having the apparent impedance trajectory have to pass through, so that the system instability increases.
도 4는 종래의 동기탈조 검출기법(알고리즘) 중 하나인 동심원 타입(Concentric Circle Type)을 이용한 동기탈조 검출기법(알고리즘)을 보여주고 있다. 본 기법(알고리즘)의 특징은 거리계전기에서의 모(Mho)특성과 비슷한 전력동요 검출 요소(Power Swing Detection Element)를 설정, 피상임피던스 궤적이 검출 영역을 일정시간 이상 경과하며 통과할 시 전력동요로 판별한다. 궤적이 상차각 180도 경과 이후 뒤쪽의 검출영역을 통과하게 되면 동기탈조로 검출하게 되나 블라인더(Blinder)를 사용한 경우와 마찬가지로 동기탈조 상황 검출 시까지 계통의 불안정성이 심화되는 단점이 있다.Figure 4 shows a synchronous detection method (algorithm) using a concentric circle type (algorithm), which is one of the conventional synchronous detection method (algorithm). The characteristic of this technique is to set up a power swing detection element similar to the Mho characteristic of the distance relay, and to set the power fluctuation path when the apparent impedance trajectory passes the detection area for more than a certain time. Determine. If the trajectory passes through the detection area at the rear after 180 degrees of phase difference angle, it is detected as a synchronous stop, but the instability of the system is intensified until the synchronous stop condition is detected as in the case of using a blinder.
이외에도, 1995년 Virgilio Antonio Centeno Zaldivar가 박사학위논문에 기재한 Adaptive Out-of-Step Relaying with Phasor Measurement에서 양 발전기 출력단에 각각 PMU(Phasor Measurement Unit, 페이저 측정 유닛)를 설치하여 전압과 전류를 이용하여 페이저(Phasor)를 계산하고, 양 발전기 단에서 계산된 페이저(Phasor)를 이용하여 발전기 위상각의 상차각을 추정하게 되며, 추정된 상차각을 통해서 상차각이 발산하는 불안정한 경우에 대해서 동기탈조를 검출하는 방법을 도 5에 도시한 바와 같이, 기술하였다.In addition, in 1995, Virgilio Antonio Centeno Zaldivar's Ph.D.-based Adaptive Out-of-Step Relaying with Phasor Measurement installed PMUs (Phasor Measurement Units) at the output of both generators. Calculate phaser and estimate phase difference of generator phase angle by using phaser calculated in both generator stages.Synchronous release is performed for unstable cases where phase difference is diverged through estimated phase difference. The detection method was described as shown in FIG.
그러나, 상기한 방법에서는 양 발전기단의 발전기 위상차를 추정하기 위해 PMU를 이용하게 되고, 이는 계전기 외에 PMU라는 추가적인 하드웨어가 필요하며, PMU를 이용하기 위해서는 양 발전기간의 동기를 맞추기 위한 GPS와 같은 통신장비가 반드시 필요하다는 문제점이 있다.However, in the above method, the PMU is used to estimate the generator phase difference between the two generator stages. This requires additional hardware, PMU, in addition to the relay. In order to use the PMU, communication such as GPS for synchronizing the two generators is required. There is a problem that equipment is necessary.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전력계통의 복소전력의 궤적변화를 이용하여 복소전력(유효전력과 무효전력)의 시간당 변화율을 측정하고, 안정상태의 유효전력에서 추정된 발전기의 기계적 입력을 이용하여 과도안정도를 고려한 복소전력의 궤적에서 동기탈조지점을 빠르고 정확하게 검출함으로서 계통의 동요에 정확히 대처하고, 계전기의 오동작 및 부동작을 방지하여 안정적이고 신뢰성 있는 계통운영을 기대하는 복소전력의 시간당 변화율을 이용한 동기탈조 검출방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to measure the rate of change of the complex power (effective power and reactive power) per hour by using the trajectory change of the complex power of the power system and By using the mechanical input of the generator estimated at the stable active power, it detects the synchronous break-off point quickly and accurately in the trajectory of complex power considering the transient stability and cope with the fluctuation of the system accurately and prevents the malfunction and the malfunction of the relay. The present invention provides a method for detecting synchronization lapse using the hourly rate of change of complex power, which expects stable and reliable system operation.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 복소전력의 시간당 변화율을 이용한 동기탈조 검출방법은, 1기 무한모선 계통에서 전압, 전류를 측정하여 복소전력(유효전력 및 무효전력)을 계산하는 단계와, 상기 계산된 복소전력을 복소평면 상에 타원의 방정식 형태의 궤적으로 표현하는 단계를 포함하되; 상기 무한모선 계통의 계전점에서 전압(V
s )은 
그리고, 본 발명은 상기 계산된 복소전력(S)으로부터 유효전력(P)과 무효전력(Q)의 시간당 변화율을 계산하는 단계와; 상기 계산된 유효전력(P)과 무효전력(Q)의 시간당 변화율을 이용하여 안정한 경우의 전력동요인 SEP(Stable Equilibrium Point, 안정 균형 지점)와 불안정한 경우의 전력동요인 UEP(Unstable Equilibrium Point, 불안정 균형 지점)를 구분하는 단계와; 타원의 방정식 형태로 표현된 상기 복소전력(S)의 궤적을 이용하여 등면적법과 유사한 형태로 과도안정도를 평가하는 단계; 및 상기 복소전력(S)의 궤적이 상기 UEP를 통과하는지를 검출하여 동기탈조 검출지점을 판정하는 단계를 더 포함하고; 상기 과도안정도 평가의 기준이 되는 발전기 기계적 입력(Pm )은 저역통과필터를 이용하여 유효전력(P)으로부터 추정하며, 상기 발전기 기계적 입력(Pm )이 복소전력의 궤적과 만나는 지점인 UEP지점에서 동기탈조를 검출하는 것을 특징으로는 한다.In addition, the present invention includes the steps of calculating the rate of change of the active power ( P ) and the reactive power ( Q ) per hour from the calculated complex power ( S ); Using the calculated hourly rate of change of active power P and reactive power Q , SEP (Stable Equilibrium Point), which is a stable power, and UEP (Unstable Equilibrium Point, an unstable power, which are unstable power) Identifying a balance point; Evaluating the transient stability in a form similar to the iso-area method by using the trajectory of the complex power S expressed in the form of an ellipse equation; And detecting whether a trace of the complex power S passes through the UEP to determine a synchronization stop detection point. The generator mechanical input ( P m ), which is the basis of the transient stability evaluation, is estimated from the effective power ( P ) by using a low pass filter, and the UEP point which is the point where the generator mechanical input ( P m ) meets the locus of the complex power. It is characterized in that the detection of the synchronous stop.
또한, 본 발명은 상기 복소전력의 궤적과 등면적법에서의 전력-상차각 곡선의 상관관계를 구분하는 단계; 및 상기 무한모선 계통에 전력동요 현상 발생시 복소전력의 궤적에 의해 안정한 경우(전력동요)와 불안정한 경우(동기탈조)로 분류하는 단계를 더 포함하고; 상기 분류된 각 경우의 복소전력의 궤적과 등면적법에서 전력-상차각 곡선을 대응시켜 과도안정도 평가의 기준을 제시하여 동기탈조지점을 검출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention comprises the steps of distinguishing the correlation between the trajectory of the complex power and the power-phase difference angle curve in the constant area method; And classifying the case into a stable (power fluctuation) and an unstable case (synchronization escape) when the power fluctuation occurs in the infinite bus system. In the classified cases, the trajectory of the complex power is matched with the power-phase difference curve in the iso-area method, and the criterion for estimating transient stability is detected.
상기 유효전력과 무효전력의 시간당 변화율에 따른 복소전력의 궤적 이동을 안정한 경우와 불안정한 경우로 구분하여 유효전력의 변화율이 음수이고, 무효전력의 변화율이 양수인 경우를 검출하여 동기탈조지점을 검출하는 것을 특징으로 한다.
Detecting a synchronous break-off point by detecting a case in which the change rate of the active power is negative and the change rate of the reactive power is negative by dividing the trajectory movement of the complex power according to the hourly change rate of the active power and the reactive power into a stable case and an unstable case. It features.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. This embodiment is not intended to limit the scope of the invention, but is presented by way of example only.
도 6은 정상운전중의 유효전력(P)-상차각(δ) 평면에서 전기적 출력(P e )의 궤적을 나타낸 곡선도로서, P-δ 평면에서 발전기의 전기적 출력 P e 의 궤적을 보여준다. 등면적법에 의한 과도안정도 평가는 과도상태에 따른 P e 의 변화에 따라 평가가 이루어지게 되며 터빈의 기계적 입력 P m 과 이에 상대적인 P e 의 궤적의 위치에 따라 과도상태를 평가할 수 있다.6 is a curve diagram showing the trajectory of the electrical output P e in the active power P -phase difference angle δ plane during normal operation, and shows the trajectory of the electrical output P e of the generator in the P − δ plane. Transient Stability Assessment by such area method is evaluated in accordance with the change of the P e in accordance with the transient conditions be fulfilled, and can evaluate the transient state according to the position of the trajectory of the mechanical input power P m and its relative P e of the turbine.
도 7은 본 발명의 1기 무한모선 계통도로서, 계전점 V s 에서 복소전력을 측정하기 위해 사용된 1기 무한모선을 보여주고 있다. 전원 임피던스는 jX s 이고, 선로 임피던스는 jX L 이며, 양단의 전원은 각각 E s ∠δ, E R ∠0이다.FIG. 7 is a schematic diagram of a first stage infinite bus line of the present invention, showing a first stage infinite bus used for measuring complex power at a relay point V s . The power supply impedance is jX s , the line impedance is jX L , and the power supplies at both ends are E s δδ and E R ∠ 0, respectively.
도 7과 같은 계통의 계전점에서 측정된 전압과 전류는 다음의 [식 1]과 [식 2]와 같고 이를 이용하여 복소전력 S를 구하면 [식 3]과 같다.The voltage and current measured at the relay point of the system as shown in FIG. 7 are as shown in [Formula 1] and [Formula 2], and the complex power S is obtained using the same as [Formula 3].
[식 1][Equation 1]
VS: 발전단 모선의 전압
ER: 무한 모선 전압 값의 실효치
j: 허수 단위(Imaginary Unit, 
XS: 전원 임피던스
ES: 발전기 전압 값의 실효치
δ: 발전기 상차각
XL: 선로 임피던스
V S : voltage of power generation bus
E R : Effective value of infinite bus voltage value
j: Imaginary Unit,
X S : Power Impedance
E S : Effective value of generator voltage
δ: generator phase difference
X L : line impedance
[식 2][Equation 2]
I: 선로 전류
ES: 발전기 전압 값의 실효치
δ: 발전기 상차각
ER: 무한 모선 전압 값의 실효치
j: 허수 단위(Imaginary Unit, 
XS: 전원 임피던스
XL: 선로 임피던스
I: line current
E S : Effective value of generator voltage
δ: generator phase difference
E R : Effective value of infinite bus voltage value
j: Imaginary Unit,
X S : Power Impedance
X L : line impedance
[식 3][Equation 3]
S: 복소전력
j: 허수 단위(Imaginary Unit, 
ES: 발전기 전압 값의 실효치
XL: 선로 임피던스
ER: 무한 모선 전압 값의 실효치
XS: 전원 임피던스
δ: 발전기 상차각
S: complex power
j: Imaginary Unit,
E S : Effective value of generator voltage
X L : line impedance
E R : Effective value of infinite bus voltage value
X S : Power Impedance
δ: generator phase difference
복소전력 S 의 분자부분을 정리한 뒤, S=P+jQ 형태로 분리하면 다음 [식 4], [식 5]와 같이 유효전력, 무효전력으로 분해할 수 있다.After arranging the molecular parts of the complex power S , and separating them in the form of S = P + jQ , it can be decomposed into active power and reactive power as shown in the following
[식 4][Equation 4]
P: 유효전력
XL: 선로 임피던스
ER: 무한 모선 전압 값의 실효치
ES: 발전기 전압 값의 실효치
XS: 전원 임피던스
δ: 발전기 상차각
P: active power
X L : line impedance
E R : Effective value of infinite bus voltage value
E S : Effective value of generator voltage
X S : Power Impedance
δ: generator phase difference
[식 5][Equation 5]
Q: 무효전력
j: 허수 단위(Imaginary Unit, 
XS: 전원 임피던스
ER: 무한 모선 전압 값의 실효치
ES: 발전기 전압 값의 실효치
δ: 발전기 상차각
XL: 선로 임피던스
Q: reactive power
j: Imaginary Unit,
X S : Power Impedance
E R : Effective value of infinite bus voltage value
E S : Effective value of generator voltage
δ: generator phase difference
X L : line impedance
유효전력 P 인 [식 4]는 다음과 같이 변형할 수 있다.The active power P [Equation 4] can be modified as follows.
[식 6][Equation 6]
여기서, here,
P: 유효전력
XL: 선로 임피던스
ER: 무한 모선 전압 값의 실효치
ES: 발전기 전압 값의 실효치
XS: 전원 임피던스
δ: 발전기 상차각
A: 타원의 방정식 형태로 표현된 복소전력의 궤적에서 장축의 길이의 절반 값
P: active power
X L : line impedance
E R : Effective value of infinite bus voltage value
E S : Effective value of generator voltage
X S : Power Impedance
δ: generator phase difference
A: Half the length of the long axis in the trajectory of complex power in the form of an ellipse equation
이와 마찬가지로, 무효전력 Q 인 [식 5]는 다음과 같이 변형할 수 있다.Similarly, the reactive power Q [Equation 5] can be modified as follows.
[식 7][Equation 7]
여기서, here,
Q: 무효전력
j: 허수 단위(Imaginary Unit, 
XS: 전원 임피던스
ER: 무한 모선 전압 값의 실효치
ES: 발전기 전압 값의 실효치
δ: 발전기 상차각
XL: 선로 임피던스
B: 타원의 방정식 형태로 표현된 복소전력의 궤적에서 단축의 길이의 절반값
α: 타원의 방정식 형태로 표현된 복소전력의 궤적에서 타원의 중심이 위치한 무효전력 축 상의 좌표값
Q: reactive power
j: Imaginary Unit,
X S : Power Impedance
E R : Effective value of infinite bus voltage value
E S : Effective value of generator voltage
δ: generator phase difference
X L: line impedance
B: half the length of the short axis in the trajectory of the complex power expressed in the form of an ellipse equation
α: coordinate value on the reactive power axis where the center of the ellipse is located in the complex power trajectory expressed in the form of an ellipse equation
변형된 유효전력 P 와 Q 인[식 6]과 [식 7]을 이용하여 복소평면상에서 복소전력의 궤적을 추적하면 다음과 같은 [식 8]로 표현할 수 있다.If the trace of the complex power on the complex plane is traced using the modified active power P and Q phosphors [Equation 6] and [Equation 7], it can be expressed as [Equation 8].
[식 8][Equation 8]
P: 유효전력
A: 타원의 방정식 형태로 표현된 복소전력의 궤적에서 장축의 길이의 절반값
Q: 무효전력
α: 타원의 방정식 형태로 표현된 복소전력의 궤적에서 타원의 중심이 위치한 무효전력 축 상의 좌표값
B: 타원의 방정식 형태로 표현된 복소전력의 궤적에서 단축의 길이의 절반값
P: active power
A: Half the length of the long axis in the complex power trajectory expressed in the form of an ellipse equation
Q: reactive power
α: coordinate value on the reactive power axis where the center of the ellipse is located in the complex power trajectory expressed in the form of an ellipse equation
B: half the length of the short axis in the trajectory of the complex power expressed in the form of an ellipse equation
위의 [식 8]은 전형적인 타원의 방정식 형태를 보인다. 이를 이용하여 계전점에서 측정된 복소전력의 궤적을 복소평면에 표현하면 도 8과 같은 형태를 나타낸 다.
도 8은 계전점 V s 에서 측정된 복소전력의 궤적을 복소평면상에 표현한 것이다. 1기 무한계통에서 측정되는 유효전력 P와 무효전력 Q의 식을 페이저 형태로 변환하여 궤적을 추적하면 타원의 방정식 형태로 나타난다. 이때의 전압의 상차각은 표시된 것과 같다.FIG. 8 shows the trace of the complex power measured at the relay point V s on the complex plane. When the traces are traced by converting the equations of the active power P and the reactive power Q measured in the first infinite system into a phaser form, they appear as elliptic equations. The phase difference angle of the voltage at this time is as shown.
복소전력의 궤적변화는 계통의 과도안정도 상황에 따라 이동하게 되는데 상차각 δ 와 무효전력 Q 의 관계에서 
계통이 안정한 상태에서 복소전력의 궤적은 SEP(Stable Equilibrium Point, 안정 균형 지점)에 유지되고 있다. 고장 등에 의하여 계통에 외란이 발생, 상차각이 변화하게 되면 이에 따라 타원의 방정식 형태로 복소전력의 궤적은 동요(Swing)하게 되고, 만약 복소전력의 궤적이 UEP(Unstable Equilibrium Point, 불안정 균형 지점)를 통과하게 되면 동기탈조 현상이 발생한다.The complex power trajectory is maintained at the SEP (Stable Equilibrium Point) while the system is stable. When the disturbance occurs in the system due to a failure or the phase difference is changed, the trajectory of the complex power swings in the form of an ellipse equation, and if the trajectory of the complex power is a UEP (Unstable Equilibrium Point) Passing through causes a synchronous synchronism.
복소평면상에서 복소전력의 궤적이 이동함에 따라 SEP와 UEP를 검출하기 위한 기준이 필요하다. 과도안정도 평가방법인 등면적법에서 발전기의 기계적 입력과 유효전력이 동일한 지점은 평형 상태이거나 동기탈조지점으로 인식되므로 기계적 입력을 SEP와 UEP를 검출하기 위한 기준으로 사용할 수 있다. 발전기 기계적 입력은 계통에서 전력동요가 발생하기 이전에 유효전력과 동일하므로 저역통과필터를 사용하여 유효전력으로부터 발전기의 기계적 입력을 추정한다.As the complex power trajectory moves on the complex plane, a criterion for detecting SEP and UEP is needed. In the isometry method, which is a method for evaluating transient stability, the point where the mechanical input of the generator is equal to the effective power is recognized as the equilibrium state or the synchronous derailment point, so the mechanical input can be used as a criterion for detecting the SEP and the UEP. The generator mechanical input is equal to the active power before power fluctuations occur in the system, so a low pass filter is used to estimate the generator's mechanical input from the active power.
[표 1]은 유효전력-상차각 곡선(등면적법)과 유효전력-무효전력 곡선(복소전력)이 어떻게 대응될 수 있는지 보여주고 있다. 두 곡선의 차이는 상차각 δ(Delta, 델타) 와 무효전력 Q의 관계에 있으므로 두 변수 상차각 δ와 무효전력 Q의 증가분, 감소분이 같은 경우 동일한 형태의 동요를 보이면서 움직이게 된다.Table 1 shows how the active power-phase difference curve (equal area method) and the active power-reactive power curve (complex power) can be matched. Since the difference between the two curves is related to the phase difference angle δ (Delta, delta) and the reactive power Q , when the two variable phase difference angle δ and the increase and decrease of the reactive power Q are the same, they move with the same type of fluctuation.
[표 1]TABLE 1
도 9는 복소전력의 시간당 변화율과 기계적 입력을 사용하여 동기탈조지점을 검출하는 기법(알고리즘)을 보여주고 있다.Fig. 9 shows a technique (algorithm) for detecting a synchronous break-off point using the hourly rate of change of the complex power and the mechanical input.
도 9는 복소평면상에서 발전기의 기계적 입력을 고려한 복소전력의 궤적을 보여주고 있다. 계통에서의 고장 등에 의하여 전력동요(Power Swing)가 발생한 경우, 유도된 식에 따라 복소전력은 타원의 궤적을 따라 이동한다. 이 경우 발전기 기계적 입력을 동시에 표현하여 안정한 지점인 SEP(Stable Equilibrium Point, 안정 균형 지점)와 불안정한 지점인 UEP(Unstable Equilibrium Point, 불안정 균형 지점)를 궤적상에 표현할 수 있다. 이는 계통의 EP(Equilibrium Point, 균형 지점)에서 고장 이전에 발전기의 기계적 입력과 계통의 전기적 출력이 동일하다는 점에 착안한 것이다.9 shows the trajectory of the complex power considering the mechanical input of the generator on the complex plane. When a power swing occurs due to a fault in the system, the complex power moves along the trajectory of the ellipse according to the derived equation. In this case, the generator mechanical input can be simultaneously expressed to represent a stable point SEP (Stable Equilibrium Point) and an unstable point UEP (Unstable Equilibrium Point). This is due to the fact that the mechanical input of the generator and the electrical output of the system are identical before the failure at the system's EP (Equilibrium Point).
도 9에서 기계적 입력과 복소전력이 동일한 지점은 UEP와 SEP가 있다. 복소전력의 궤적이 UEP를 통과하게 되면 동기탈조상황이 발생된다.In FIG. 9, the point where the mechanical input and the complex power are the same are the UEP and the SEP. When the complex power trajectory passes through the UEP, a synchronous out-of-order situation occurs.
도 10과 도 11은 안정된 경우와 불안정한 경우의 복소전력의 궤적이동을 등면적법에서의 전력-상차각 곡선에서 궤적의 이동과 비교하여 설명하고 있다.10 and 11 illustrate the movement of the complex power trajectory in the stable and unstable cases compared with the movement of the trajectory in the power-phase difference curve in the iso-area method.
도 10은 안정된 전력동요 발생시, 복소평면상에서 복소전력의 궤적이동(도 10a)과 등면적법에서 전력-상차각 곡선의 궤적이동(도 10b)을 보여주고 있다. 복소전력의 궤적이동(도 10a)에서는 평형상태에서 기계적 입력과 복소전력이 일치하는 지점에서 운행되고 있으나 계통의 고장 이후 ⓐ→ⓑ→ⓒ→ⓓ→ⓔ→ⓕ순으로 궤적이 이동한다. 등면적법으로 표현한 궤적이동(도 10b)에서도 고장발생 이후 전력동요가 발생하여 유효전력이 ①→②→③→④→⑤→⑥ 순으로 이동하게 된다.FIG. 10 shows the locus movement of complex power on the complex plane (Fig. 10a) and the locus of the power-phase difference curve in the isometry method (Fig. 10b) when stable power fluctuations occur. In the complex power trajectory movement (FIG. 10A), the mechanical input and the complex power are operated at the same point in the equilibrium state, but the trajectory is moved in the order of ⓐ → ⓑ → ⓒ → ⓓ → ⓔ → ⓕ after failure of the system. Even in the trajectory movement (Fig. 10b) expressed by the iso-area method, power fluctuations occur after a failure and the effective power is moved in the order of ① → ② → ③ → ④ → ⑤ → ⑥.
도 11은 동기탈조 현상 발생시, 복소평면상에서 복소전력의 궤적이동(도 11a)과 등면적법에서 전력-상차각 곡선의 궤적이동(도 11b)을 보여주고 있다. 복소전력의 궤적이동(도 11a)에서는 평형상태에서 기계적 입력과 복소전력이 일치하는 지점에서 운행되고 있으나 계통의 고장 이후 ⓐ→ⓑ→ⓒ→ⓓ→ⓔ 순으로 궤적이 이동한다. 등면적법으로 표현한 궤적이동(도 11b)에서도 고장발생 이후 전력동요가 발생하여 유효전력이 ①→②→③→④→⑤ 순으로 이동하게 된다.FIG. 11 shows the locus movement of complex power on the complex plane (FIG. 11A) and the locus of power-phase difference curves in the isometry method (FIG. 11B) when the synchronism elimination phenomenon occurs. In the complex power trajectory movement (FIG. 11A), the mechanical input and the complex power are operated at the same point in the equilibrium state, but the trajectory moves in the order of ⓐ → ⓑ → ⓒ → ⓓ → ⓔ after a system failure. Even in the trajectory movement (Fig. 11b) expressed by the isoarea method, power fluctuations occur after a failure and the effective power is moved in the order of ① → ② → ③ → ④ → ⑤.
본 발명에서 사용되는 기법(알고리즘)의 핵심요소 중 하나인 발전기 기계적 입력은 직접 측정할 수 없기 때문에 다른 방식으로 취득이 필요하다. 도 12는 유효전력에서 기계적 입력을 추정하는 방법을 보여주고 있다. 고장이 발생하기 이전에 유효전력과 발전기 기계적 입력이 동일하다는 점을 이용하여 유효전력을 2차 저역통과필터(Butterworth Filter)를 이용하여 DC 성분을 추출, 이를 발전기 기계적 입력으로 사용한다. 이렇게 추출된 발전기 기계적 입력과 복소전력의 궤적을 이용하여 동기탈조 현상을 검출하는 방법이 도 13에 설명되고 있다.Generator mechanical input, which is one of the key elements of the technique (algorithm) used in the present invention, cannot be measured directly, so acquisition is required in other ways. 12 shows a method for estimating a mechanical input at active power. Taking advantage of the fact that the active power and the generator mechanical input are the same before the failure occurs, the DC power is extracted using the second low pass filter (Butterworth Filter) and used as the generator mechanical input. A method of detecting the synchronizing derailment phenomenon using the extracted generator mechanical input and the complex power trajectory is described in FIG. 13.
도 13은 복소전력의 궤적과 발전기 기계적 입력을 이용하여 동기탈조상황을 검출하는 방법에 대하여 설명하고 있다. 도 13a에서 사용된 등면적법이 도 13b의 복소전력의 궤적과 대응된다. 동기탈조 현상이 발생하게 되어 궤적이 ⓐ→ⓑ→ⓒ→ⓓ로 이동하게 되는 경우 기계적 입력과 복소전력이 만나는 지점인 ⓒ 지점에서 동기탈조를 검출한다.FIG. 13 illustrates a method for detecting a synchronous out-of-feed situation using a complex power trajectory and a generator mechanical input. The isoarea method used in FIG. 13A corresponds to the trajectory of the complex power in FIG. 13B. When the synchronization stop occurs, and the trajectory moves from ⓐ → ⓑ → ⓒ → ⓓ, it detects the synchatch at point ⓒ where the mechanical input meets the complex power.
도 14는 유효전력과 무효전력의 시간당 변화율에 따른 궤적 이동의 판별에 대해서 보여주고 있다. 이를 이용하며 안정된 전력동요의 경우인 SEP와 불안정한 전력동요의 경우인 UEP를 구분하는 방법에 대하여 설명하고 있다. 도 14에서 안정된 경우 궤적이 ①→②→③→④ 순으로 이동하게 되며 1, 3사분면을 통과하게 된다. 이와는 다르게 불안정한 경우 궤적은 ⓐ→ⓑ→ⓒ→ⓓ 순으로 이동하게 되며 1, 2, 3사분면을 통과하게 된다. 둘 사이의 차이점은 불안정한 전력동요, 즉 동기탈조 현상의 경우 2사분면을 통과하게 된다는 점이며 이를 이용하여 ΔP가 음수이고 ΔQ가 양수인 지점을 찾아내어 불안정한 전력동요의 경우를 구분하게 된다.14 shows the determination of the trajectory movement according to the rate of change of the real power and the reactive power per hour. Using this method, a method for distinguishing SEP which is a case of stable power fluctuation and UEP which is a case of unstable power fluctuation is described. In FIG. 14, when the trajectory is stable, the trajectory moves in the order of ① → ② → ③ → ④ and passes through the first and third quadrants. On the other hand, if it is unstable, the trajectory moves in the order ⓐ → ⓑ → ⓒ → ⓓ and passes through the first, second and third quadrants. The difference between the two is that the unstable power fluctuations, ie, the synchronous break-out phenomenon, pass through the second quadrant, and use this to identify the point where ΔP is negative and ΔQ is positive to distinguish the unstable power fluctuations.
도 15는 본 발명에 의한 복소전력의 시간당 변화율을 이용한 동기탈조 검출 알고리즘을 구현한 순서도로서, 유효전력과 무효전력의 시간당 변화율을 이용하여 동기탈조 현상을 검출하는 기법(알고리즘)의 순서를 보여주고 있다. FIG. 15 is a flow chart of a synchronous step-out detection algorithm using a rate of change of complex power according to the present invention, and shows a sequence of a technique (algorithm) for detecting a synchronous step out using an hourly rate of change of active power and reactive power. have.
계통에서 취득된 전압, 전류데이터를 이용하여 유효전력과 무효전력을 알아낸 후, 1차적으로 유효전력과 무효전력의 변화율을 계산하고 발전기 기계적 입력을 유효전력에서 측정한다. 이를 이용하여 2차적으로 유효전력과 무효전력의 변화율을 고려하여 SEP와 UEP를 구분하고, 이 때 UEP를 통과하는 시점을 동기탈조 현상으로 검출하도록 되어 있다.After finding the active power and reactive power using the voltage and current data acquired from the system, the rate of change of the active power and reactive power is calculated first and the generator mechanical input is measured at the active power. By using this, the SEP and the UEP are distinguished in consideration of the change rate of the active power and the reactive power, and at this time, the point of time passing through the UEP is detected as a synchronous departure.
본 발명을 통하여 새로이 개발된 동기탈조 검출기법(알고리즘)을 이용하여 도 16과 같은 1기 무한모선 계통에서 제시된 기법(알고리즘)의 타당성을 검증하였다. Through the present invention, the validity of the proposed algorithm (algorithm) in the first stage infinite bus line system as shown in FIG. 16 was verified using the newly developed synchronous stop detector method (algorithm).
도 16은 복소전력의 시간당 변화율을 이용하여 동기탈조를 검출하기 위한 알고리즘의 검증을 위하여 시뮬레이션에 사용된 계통으로 계통 전압은 345kV이고 계전기는 모선1에 연결되어 있다. 모선1과 모선2 사이의 거리는 100Km이며 구간의 50% 지점인 50Km 지점에 3상 고장이 발생하였다. 모선1과 모선2의 초기 상차각은 30ㅀ이다. 제시된 기법(알고리즘)의 검증에 사용된 모델은 EMTP(Electro Magnetic Transient Program, 전자과도현상 해석 프로그램)를 통한 345kV 계통 모델링에서 얻은 데이터를 사용하였으며, 동기탈조 검출기법(알고리즘)은 하드웨어 구현이 쉽도록 포트란(Fortran)으로 컴파일된 EMTP내의 모델스(MODELS)란 언어를 사용하였다.FIG. 16 is a system used for simulation for verifying an algorithm for detecting synchronous out-of-order using a complex change rate per hour. The system voltage is 345 kV and the relay is connected to
도 17은 도 16에서 고장지속시간 5주기일 때, 동기탈조 현상 발생시 시간에 따른 전력의 변화를 나타낸 도면으로서, 안정된 경우의 전력동요 발생시 유효전력과 무효전력, 발전기 기계적 입력을 보여주고 있다.FIG. 17 is a diagram illustrating a change in power according to time when a synchronous stoppage occurs when a failure duration time is 5 cycles, and shows active power, reactive power, and mechanical input of a generator when power fluctuation occurs in a stable case.
도 18은 도 16에서 고장지속시간 5주기일 때, 복소평면상에서 안정된 경우의 복소전력의 궤적과 저역필터를 통하여 추정된 발전기 기계적 입력의 궤적을 나타낸 도면으로서, 안정된 경우 도 14와 같이 동요함을 확인할 수 있다.FIG. 18 is a diagram illustrating the trajectory of the complex power when the cycle is stable on the complex plane and the trajectory of the generator mechanical input estimated through the low pass filter when the fault duration is 5 cycles in FIG. 16. You can check it.
도 19는 도 16에서 고장지속시간 5주기일 때, 시간에 따른 실제 발전기 각도변화와 알고리즘을 적용한 동기탈조 검출 신호를 나타낸 도면으로서, 안정된 전력동요 발생시 발전기 위상각을 보여주고 있으며, 동기탈조 현상이 발생되지 않았으 므로 제시된 기법(알고리즘)이 적용된 동기탈조 검출신호는 출력되지 않음을 알 수 있다.FIG. 19 is a diagram illustrating a synchronous stop detection signal using an algorithm and an actual generator angle change with time when the failure duration time is 5 cycles, and shows a phase angle of a generator when a stable power fluctuation occurs. Since it is not generated, it can be seen that the synchronous stop detection signal to which the proposed technique (algorithm) is applied is not output.
도 20은 도 16에서 고장지속시간이 10주기일 때, 동기탈조 현상이 발생되는 시간에 따른 전력의 변화를 보여주고 있다. ΔP가 +, ΔQ가 -로 변하는 지점인 동기탈조 검출지점에서 동기탈조 현상이 검출되어야 함을 보여주고 있으며, 불안정한 경우, 즉 동기탈조 현상이 발생한 경우의 유효전력과 무효전력, 발전기 기계적 입력을 보여주고 있다. 유효전력의 변화율이 감소하고 기계적 입력과 같으며 무효전력의 변화율이 증가하는 지점에서 동기탈조 현상이 검출되어야 함을 보여주고 있다.FIG. 20 illustrates a change in power according to a time at which a synchronous step-out phenomenon occurs when the failure duration time is 10 cycles in FIG. 16. It shows that synchro phenomena should be detected at the point where ΔP is changed to + and ΔQ is- , and shows the active power, reactive power, and mechanical input of the generator when it is unstable. Giving. It is shown that the synchronous step-off phenomenon should be detected at the point where the change rate of active power decreases and is equal to the mechanical input and the change rate of reactive power increases.
도 21은 도 16에서 고장지속시간이 10주기일 때, 복소평면상에서 타원의 형태로 표현된 복소전력의 궤적과 저역필터를 통하여 추정된 발전기 기계적 입력을 이용하여 동기탈조 지점이 검출됨을 보여주고 있으며, 본 발명에서 제시된 이론에 따라 궤적이 타원형태를 이루며 회전하게 됨을 보여주고 있다. 이때 동기탈조 검출 신호가 발생되어야 한다.FIG. 21 shows that, when the failure duration time is 10 cycles in FIG. 16, the synchronous break-off point is detected using the generator mechanical input estimated through the low power filter and the trajectory of the complex power expressed in the form of an ellipse on the complex plane. In accordance with the theory presented in the present invention, the trajectory is shown to rotate in an elliptical shape. At this time, a synchronous stop detection signal should be generated.
도 22는 도 16에서 고장지속시간이 10주기일 때, 시간에 따른 실제 발전기 각도변화와 알고리즘을 적용한 동기탈조 검출신호를 나타낸 도면으로서, 고장 발생이후 시간에 따른 실제 발전기의 각도변화와 알고리즘을 적용한 동기탈조 검출신호가 동기탈조 검출지점에서 발생됨을 보여주고 있으며, 동기탈조 현상 발생시 발전기 위상각을 보여주고 있으며 적용된 기법(알고리즘)에 따라 동기탈조 검출 신호가 발생됨을 확인할 수 있다. [표 2]는 종래의 피상임피던스 궤적을 이용한 싱글 블라인더(Single Blinder)형 동기탈조 검출기법(알고리즘)과 본 발명에서 제시된 동기탈조 검출기법(알고리즘)의 검출시간과 위상차각을 비교한 표로서, 본 발명에서 제시된 복소전력의 시간당 변화율에 따른 동기탈조 검출기법(알고리즘)이 종래의 R-X 평면에서 싱글 블라인더(Single Blinder)를 사용한 경우보다 더욱 빠르고 안정된 상차각에서 동기탈조 현상을 검출할 수 있음을 확인할 수 있다.FIG. 22 is a diagram illustrating a synchronous stop detection signal using an algorithm and an actual generator angle change according to time when the failure duration time is 10 cycles in FIG. 16. It shows that the synchronous stop detection signal is generated at the synchronous stop signal detection point, and shows the phase angle of the generator when the synchronous stop signal is detected and the synchronous stop detection signal is generated according to the applied technique (algorithm). [Table 2] is a table comparing the detection time and the phase difference between the single blinder type synchronous outlier detection method (algorithm) using the conventional apparent impedance trajectory and the synchronous outlier detection method (algorithm) presented in the present invention. According to the present invention, it is confirmed that the synchronous elimination detection method (algorithm) according to the rate of change of complex power according to the present invention can detect synchronous elimination phenomenon at a faster and more stable phase difference angle than the case of using a single blinder in the conventional RX plane. Can be.
[표 2]TABLE 2
상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 복소전력의 시간당 변화율을 이용한 동기탈조 검출방법에 의하면, 전력계통의 복소전력의 궤적변화를 이용하여 복소전력(유효전력과 무효전력)의 시간당 변화율을 측정하고, 안정상태의 유효전력에서 추정된 발전기의 기계적 입력을 이용하여 과도안정도를 고려한 복소전력의 궤적에서 동기탈조지점을 빠르고 정확하게 검출함으로서 계통의 동요에 정확히 대처하고, 계전기의 오동작 및 부동작을 방지하여 안정적이고 신뢰성 있는 계통운영을 기대할 수 있다는 효과가 있다. As described above, according to the synchronous step-out detection method using the hourly rate of change of complex power according to the present invention, the rate of change of the complex power (effective power and reactive power) per hour is measured by using the trajectory change of the complex power of the power system. By using the mechanical input of the generator estimated at the steady state active power, it detects the synchronous break-off point quickly and accurately in the trajectory of complex power considering the transient stability, and cope with the fluctuation of the system accurately and prevents the malfunction and the malfunction of the relay. Therefore, it is effective to expect stable and reliable system operation.
또한, 본 발명은 종래의 PMU(Phasor Measurement Unit, 페이저 측정 유닛)를 이용한 동기탈조 검출 알고리즘에 비해 추가설비에 따른 설치비용을 절감할 수 있고, 종래의 R-X 평면에서 피상임피던스의 궤적 추적을 이용한 동기탈조 검출 알고리즘에 비해 빠른 속도로 정확한 동기탈조지점의 검출이 가능하다.In addition, the present invention can reduce the installation cost according to the additional equipment, compared to the conventional synchronous detection algorithm using the PMU (Phasor Measurement Unit), the synchronization using the tracking of the apparent impedance in the conventional RX plane Compared to the outbreak detection algorithm, accurate synchronous outbreak point can be detected at a higher speed.
결론적으로, 현재는 정보화 사회로서 높은 품질의 전력 수요가 증가하고 있으며, 전력 수요에서 전력의 품질 및 안정도는 더욱 중요한 문제로 떠오르고 있으므로, 전력 계통상의 안정도에 영향을 미치는 고장과 같은 외란에 의한 동기탈조 현상의 발생은 조기에 발견되고 저지되어야 한다. 그러나 전력 수요가 증가함에 따라 선로에 흐르는 전력 또한 커지게 되고, 계통이 불안정해질 가능성이 증가하게 되었다. 이에 동기탈조를 정확히 검출하여 불안정한 발전기를 계통에서 분리시키지 않으면 연쇄적인 발전기의 탈조가 발생하며 계통의 불안정을 야기시킨다.In conclusion, the demand for high quality electric power is increasing as an information society, and the quality and stability of electric power are becoming more important issues in the power demand. Therefore, synchronous outage caused by disturbances such as failures affecting the stability of the power system. The occurrence of phenomena should be detected and stopped early. However, as the demand for power increased, the power flowing to the track also increased, increasing the likelihood of system instability. Therefore, if the synchronous outage is correctly detected and the unstable generator is not separated from the grid, the chain generator is out of chain and causes instability of the system.
그런데, 현재 사용되고 있는 동기탈조 계전기는 빠른 계통의 동요에 의한 동기탈조에 대해서 부동작 및 R-X(피상임피던스)궤적에 의한 검출의 한계로 인해서 계통의 안정도를 저하시킬 가능성이 존재하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 직접 발전기의 위상차를 추정하여 안정도를 평가하고 불안정한 경우 동기탈조가 발생되기 때문에 불안정한 발전기는 계통에서 분리시켜 주어야 한다. 본 발명은 복소전력의 시간당 변화율을 이용하여 과도안정도를 고려한 복소전력의 궤적에서 동기탈조를 근본적으로 검출할 수 있으며, 아울러 계통의 안정도 증진에 크게 기여할 것으로 기대된다.By the way, the synchronous aeration relay currently used has the possibility of deteriorating the stability of the system due to the limitation of the detection by the synchronous operation and the R-X (apparent impedance) trajectory due to the rapid system fluctuation. In order to solve this problem, it is necessary to estimate the phase difference of the generator directly, evaluate the stability, and if it is unstable, synchronous outage occurs, so the unstable generator should be separated from the system. According to the present invention, it is possible to fundamentally detect the synchronous disengagement from the complex power trajectory considering the transient stability by using the rate of change of the complex power per hour, and also contribute to the improvement of system stability.
상기에서 설명한 것은 본 발명에 의한 복소전력의 시간당 변화율을 이용한 동기탈조 검출방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.What has been described above is just one embodiment for carrying out the method of detecting synchronous out-of-process using the rate of change of complex power according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and within the technical idea of the present invention. Of course, various modifications are possible by one of ordinary skill in the art.
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