KR100773644B1 - 보호 릴레이, 전력 분배 시스템에서의 데이터 획득 방법,전력 시스템 데이터 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 사용자 구성 가능한 데이터 소스 포인트(multiple user-configurable data source point)들로부터 전력 시스템 데이터를 획득하여 처리하는 보호 릴레이(protective relay)를 제공한다. 다수의 소스 포인트로부터의 데이터는 릴레이 내에서 매우 다양한 모니터링 및 보호 임무를 수행하는데 유용한 단일 데이터 소스로서 조합될 수 있다. 다수의 디지털 신호 처리 모듈이 이용되어 단일 장치에서 보호 및 레비뉴 클래스 미터링(revenue-class metering)을 제공하는 능력을 포함하는 추가적인 처리 자원들을 제공한다.

Description

보호 릴레이, 전력 분배 시스템에서의 데이터 획득 방법, 전력 시스템 데이터 처리 방법{METHOD AND APPARATUS FOR DERIVING POWER SYSTEM DATA FROM CONFIGURABLE SOURCE POINTS}

본 발명은 전력을 분배하는 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전력 분배 네트워크를 모니터링, 보호 및 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

전력을 분배하는 시스템을 모니터링하고, 보호하고, 제어하는 것은 중요하며, 이러한 기능들을 제공하기 위해 많은 기법들이 이용되어 왔다.

도 1을 참조하면, 전력 트랜스포머(power transformer) 및 차단기 1개 반(breaker-and-a-half) 시스템 구성으로 배열된 2개의 회로 차단기에 적용된 보호 기능들의 통상적인 그룹이 도시되어 있다. 보호 방안은 전류 트랜스포머(14, 16, 18) 및 전압 트랜스포머(20)를 포함한다. 도 1은 3상 시스템(three-phase system)을 하나의 라인으로 표현한 것임을 알아야 한다. 따라서, 도 1의 방안은 다음과 같은 이용가능한 교류(AC)값들, 즉 (전류 트랜스포머(14, 16, 18)의 각 세트로부터의) 3상 전류, (전압 트랜스포머(20)로부터의) 3상 전압을 제공한다. 도 1은 포인트(24, 26)에서의 차단기에 대한 50BF (순간 과전류) 차단기 고장 보호, 주 트랜스포머(22)를 통한 87T (전류 차동) 트랜스포머 보호(28로서 표기됨), 포인트(30)에서의 50P (순간 위상 과전류) 트랜스포머 보호, 포인트(32)에서의 와트(Watt)의 측정을 포함하는, 원하는 보호 및 미터링(metering)의 지시들을 더 포함한다.

도 2는 도 1의 원하는 보호 및 미터링을 달성하기 위한 통상적인 릴레이 응용을 도시하고 있다. 릴레이 응용은 제 1 및 제 2 50BF 보호 릴레이(34, 36)를 포함하며, 이들 릴레이는 전류 트랜스포머(14, 16)로부터 입력들을 각각 수신한 후, 합산 수단(38)으로 출력들을 제공한다. 50BF 보호 릴레이는 원하는 차단기 고장 보호를 제공한다. 또한, 다기능 트랜스포머 보호 릴레이(40)가 제공되며, 이 릴레이는 외부 합산 수단(38), 전류 트랜스포머(18) 및 전압 소스(20)로부터 입력들을 수신한다. 외부 합산 수단(38)은 트랜스포머(14, 16)로부터 획득된 AC 전류값들의 합을 출력한다.

트랜스포머 차동 릴레이(transformer differential relay)(40)는 전압 트랜스포머(20)로부터 전압 감지기(42)를 통해 전압 데이터를 수신하고, 외부 합산 수단(38)로부터 전류 감지기(44)를 통해 합산 전류값들을 수신하며, 전류 트랜스포머(18)로부터 전류 감지기(46)를 통해 전류값을 수신한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 트랜스포머 차동 릴레이(40)는 전압 감지기(42)에서 수신된 전압을 외부 합산 수단(38)으로부터의 합산 전류값들로 처리함으로써 원하는 전력 미터링을 제공한다. 또한, 트랜스포머 보호 릴레이는 외부 합산 수단(38)으로부터의 합산 전류값들에 근거하여 원하는 위상 순간 위상 과전류 보호(phase instantaneous phase overcurrent protection)를 제공하고, 전류 트랜스포머(18)로부터 전류 감지기(46)를 통해서 뿐만 아니라 외부 합산 수단(38)으로부터 전류 감지기(44)를 통한 합산 전류값들에 근거하여 원하는 트랜스포머 차동 보호를 제공한다. 전형적으로, 트랜스포머 보호 릴레이(40)는 하나의 디지털 신호 처리기를 포함하여 필요한 계산을 수행하고 보호 제어 기능들을 제공한다. 외부 합산 수단에서 전력 시스템 데이터를 합산하는 것에 의해, 릴레이는 합산된 데이터 값들 각각의 성분을 판정할 수 없게 됨을 알아야 한다.

미국 특허 제 5,224,011 호에는, 제 1 디지털 신호 처리기(DSP)를 이용하여 신호 처리 알고리즘을 실행하고 별도의 디지털 신호 처리기를 이용하여 입/출력 데이터 처리를 수행하는 이중 처리 아키텍처를 구현하는 다기능 보호 릴레이 시스템이 개시되어 있다. 이중 포트 RAM을 이용하여 개별적인 DSP들이 서로 통신할 수 있도록 한다. 보호 릴레이는 발생기 혹은 공동발생기 사이트에서, 또는 그것을 전기 설비 시스템에 접속하는 사이트에서 회로 차단기를 선택적으로 트립(trip) 및 폐쇄(close)한다.

미국 특허 제 5,828,576 호에는 객체 기반 구조를 갖는 전력 모니터링 장치 및 방법이 개시되어 있다. 개별적인 모니터링 장치들이 이용되며, 장치들 각각은 전기 신호를 수신한 후, 전기 신호를 나타내는 디지털 신호를 생성한다. 각 장치 내의 객체들은 입력, 출력 및 모듈에 대한 셋업 정보를 포함하는 기능 모듈 및 레지스터를 포함한다. 각각의 개별적인 모니터링 장치의 기능 및 구성은 변경될 수 있다. 장치 내의 적어도 하나의 모듈은 입력으로서 디지털 신호를 수신한 후, 그 신호를 이용하여 측정 파라미터를 생성하며, 추가적인 모듈들은 측정 파라미터로부터 또다른 파라미터들을 생성할 수 있다.

전형적으로 전력 분배 시스템에서 미터링을 수행하는 것이 바람직하지만, 통상적인 보호 릴레이는 이러한 기능을 적절하게 수행하지 못한다. 0 내지 20-50 배의 정격 전류 입력(전형적으로 1A 또는 5A)에서 보호를 위한 동적 범위 요건은 0 내지 1.5-2 배의 정격 전류 입력에서 정상 미터링 범위의 기구 트랜스포머로부터의 정확도를 감소시킨다. 또한, 넓은 동적 범위는 장치 서브 시스템(예를 들면, 마이크로프로세서, 아날로그/디지털 변환기, 관련된 아날로그 조절 회로) 측정에 대한 정확도 및 해상도를 감소시킨다. 소정의 보호 릴레이 장치가 전류 트랜스포머 입력들을 통해 비교적 정확한 미터링을 제공할 수 있지만, 실제로 이들 입력은 전형적으로 릴레이 클래스 전류 트랜스포머(relaying class current transformer)에 접속되어 릴레이가 적절한 보호를 제공하는 것을 보장한다. 전형적으로, 릴레이 클래스 전류 트랜스포머는 대략 5-10 %의 정확도를 갖는다.

상기 내용으로부터, 단일 릴레이 내의 전력 분배 시스템 상의 각종 포인트로부터 전력 시스템 데이터를 획득할 수 있다면 바람직할 것이며, 전력 시스템 데이터가 획득될 수 있는 포인트들을 사용자가 구성할 수 있다면 더욱 바람직할 것이다. 또한, 설치 및 시스템 통합을 단순화하기 위해 보호 릴레이에 레비뉴 클래스 미터링(revenue-class metering)을 제공할 수 있다면 바람직할 것이며, 유틸리티 캄파니 차지(utility company charge)의 정확도를 입증하기 위해 레비뉴 클래스 미터링을 용이하게 수행하는 능력을 보호 릴레이 사용자에게 제공할 수 있다면 바람직할 것이다. 통상적인 보호 릴레이는 이들 기능을 적절하게 제공하지 못한다.

발명의 개요

본 발명은 예시적인 실시예에서 사용자 인터페이스를 통해 구성 코맨드를 수신하는 다수의 디지털 신호 처리기들을 구비한 보호 릴레이 장치를 제공함으로써, 전술한 단점들을 극복하고, 추가적인 이점들을 달성한다. 구성 코맨드는 전력 분배 시스템에서 전기 파라미터들이 획득될 수 있는 소스 포인트들을 정의한다. 획득된 데이터는 릴레이 내에서 조합되어, 단일의 장치 내에서 각종 범위의 측정 파라미터들 및 보호 능력들이 가능하도록 한다. 또한, 다수의 디지털 신호 처리기를 이용하는 것에 의해, 보호 릴레이가 상이한 동적 범위를 실현함으로써, 보호 기능 이외에도, 레비뉴 클래스 미터링을 수행하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 예시적인 방법에 따르면, 보호 릴레이 인터페이스를 통해 다수의 소스 포인트로부터 시스템 데이터를 수신하도록 보호 릴레이를 구성하고, 소스 포인트들에서 시스템 파라미터들을 감지하고, 감지된 시스템 파라미터에 근거하여 보호 릴레이에서 네트워크 모니터링 및 제어를 수행하는 단계들에 의해 전력 분배 시스템으로부터 데이터를 획득할 수 있다. 데이터는 보호 릴레이 내에서 조합되어 매우 다양한 보호 제어 옵션들을 제공한다. 또한, 소정의 소스 포인트에 대한 동적 측정 범위가 수정될 수 있으며, 보호 릴레이가 다른 소스로부터의 보호 기능 이외에도, 하나의 소스로부터 레비뉴 클래스 미터링을 수행할 수 있다.

본 발명은 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 보다 완전하게 이해될 것이며, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.

도 1은 통상적인 전력 시스템 보호 방안을 도시한 도면이다.

도 2는 도 1의 방안에 대해 원하는 보호를 제공하는 것을 구현한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 시스템 보호 방안을 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 릴레이가 도 3의 보호 방안을 제공하는 방법을 도시하는 도면이다.

도 5는 본 발명과 함께 이용하기에 적합한 예시적인 타입의 디지털 신호 처리 모듈들을 도시하는 도면이다.

도 6은 본 발명의 특징에 따라 구성 가능한 소스 포인트를 정의하는 예시적인 방법의 개념도이다.

도 7은 구성 가능한 소스 포인트의 다른 특징을 도시하는 개념도이다.

도 8은 도 4의 구성의 모듈 구현의 예를 도시하는 도면이다.

도 9는 도 1-4의 트랜스포머를 대체하는 3 권선 트랜스포머를 포함하는 차단기 1개 반 방안을 도시하는 도면이다.

도 10은 단일 릴레이에 도 9의 방안의 보호를 구현하기 위한 모듈 아키텍처 방법을 도시하는 도면이다.

도 11은 버스바의 6 공급기 섹션에서 버스바 보호를 제공하기 위한 예시적인 구현을 도시하는 도면이다.

도 12는 도 11의 버스바 보호 방안을 구현하기 위한 모듈 아키텍처 방법을 도시하는 도면이다.

도 13은 본 발명의 하나의 특징에 따라 12 공급기 버스바 보호를 제공하기 위한 모듈 분할 아키텍처 방법을 도시하는 도면이다.

전력 시스템의 여러 구성 요소들(예를 들면, 트랜스포머, 라인, 공급기(feeder), 발생기 등)에 대한 보호 릴레이의 응용에 있어서, 상이한 전류 트랜스포머들로부터의 수 개의 전류 신호들을 합산하여 보호될 구성 요소 내로 흐르는 총 ac 전류 신호를 획득하는 것이 때로는 필요하다. 본 발명의 하나의 특징에 따르면, 소정의 전류 신호들의 합은 사용자에 의해 소스로서 정의될 수 있다. 이러한 내용에 있어서, 소스는 하나의 소스가 전력 시스템 상의 특정 포인트에서의 부하(load) 또는 결함(fault)을 정의하는데 필요한 모든 신호들을 포함하도록 하기 위한, 전류 및/또는 전압 신호들의 논리적 그룹화(logical grouping)를 의미한다. 따라서, 소스는 다음과 같은 타입의 신호들, 즉 3상 전류, 단상 그라운드 전류(single-phase ground current), 3상 전압 및 보조 전압 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 발명의 하나의 특징에 따르면, 소스를 형성하는 모든 신호들이 단일의 릴레이에 제공될 수 있으며, 릴레이는 사용자에 의해 제공된 구성 설정에 따라 적절한 그룹화, 비율 정정(ratio correction), 합산 및 다른 처리를 내부적으로 수행한다. 외부적인 합산 대신에 소스 신호 데이터의 내부적인 조합 및 처리를 이용함으로써, 각각의 신호들은 여전히 릴레이에 이용가능하다. 각각의 신호들의 이용가능성은 릴레이가 (제한 전류(restraint current) 계산과 같은) 추가적인 계산을 수행하거나, 또는 개별적인 전류들에 근거한 추가적인 보호 특성들을 수행할 수 있도록 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 구성 가능한 소스 포인트들로부터 전력 시스템 데이터를 획득하는 구성이 도시되어 있다. 구성, 원하는 보호 및 미터링은 도 1 및 2에 도시된 구성과 유사하나, 본 발명의 하나의 특징에 따르면 시스템 사용자에 의해 다수의 구성 가능한 소스 포인트들이 정의된다. 전술한 바와 같이, 각각의 구성 가능한 소스 포인트는 전류값, 전압값, 전력 데이터, 주파수값, 고조파, 전체 고조파 왜곡, 또는 전력 시스템에서 보호 제어를 모니터링 혹은 제공하는데 유용한 소정의 다른 데이터와 같은 소정의 전력 시스템 데이터가 획득되도록 요구되는 전력 시스템 상의 포인트로서 정의될 수 있다. 도 3에 도시된 예에서, 사용자 구성 가능한 소스 포인트(50)는 전류 트랜스포머(14) 및 전압 트랜스포머(20)에 근거한 것이고, 사용자 구성 가능한 소스 포인트(52)는 전류 트랜스포머(16) 및 전압 트랜스포머(20)에 근거한 것이며, 사용자 구성 가능한 소스 포인트(54)는 전류 트랜스포머(14, 16) 및 전압 트랜스포머(20)에 근거한 것이고, 사용자 구성 가능한 소스 포인트(56)는 전류 트랜스포머(18)에 근거한 것이다. 사용자에 의해 사용자 구성 가능한 소스 포인트들이 정의될 수 있는 방법에 대해서는 이하에 보다 상세히 기술될 것이다.

도 4는 도 3의 구성에서 요구되는 보호 및 미터링을 제공하는, 본 발명의 특징에 따른 보호 릴레이의 응용을 도시하고 있다. 릴레이(60)에서는, 전압 트랜스포머(20)로부터 전압값들을 수신하는 전압 감지기(62)와, 전류 트랜스포머(14, 16, 18)로부터 전류값들을 각각 수신하는 3개의 전류 감지기(64, 66, 68)가 있다. 릴레이(60)는 전류 트랜스포머들(14, 16)로부터의 전류 데이터의 내부적인 합산을 수행하여 사용자 구성 가능한 소프 포인트(54)에 대한 데이터를 생성하기에 적합한 처리 회로를 포함하며, 생성된 데이터는 전압 트랜스포머(20)로부터의 전압값들과 조합되어 원하는 전력 미터링을 수행한다. 또한, 사용자 구성 가능한 소스 포인트(54)에 대한 합산 전류 데이터가 이용되어 원하는 50P 보호를 수행하며, 합산 전류 데이터는 전류 트랜스포머(68)(사용자 구성 가능한 소스 포인트(56))로부터의 전류 데이터와 조합되어 원하는 87T 트랜스포머 보호를 수행한다. 전류 트랜스포머(14, 16)(각각 사용자 구성 가능한 소스 포인트(50, 52))로부터의 전류 데이터가 릴레이(60)의 처리 자원들에 의해 이용되어 원하는 50BF 차단기 고장 보호를 제공한다. 도 4에 도시된 본 발명의 구현은 도 2의 통상적인 구현에 비해 여러 가지 이점들을 제공함을 알아야 한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 구현에서, 단일의 장치(릴레이(60))는 트랜스포머 및 차단기 고장 보호를 수행한다. 또한, 도 4의 구현은 전류 데이터를 외부 합산하지 않으므로, 릴레이(60)가 개별적인 시스템 데이터값들 및 그들의 조합을 이용하는 것을 가능하게 한다. 또한, 전력 시스템 상의 소정의 포인트는 미터링 및 보호시에 이용하기 위한 데이터 소스로서 구성될 수 있으며, 이에 대해서는 보다 상세히 기술될 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 릴레이(60)는 적어도 2개의 디지털 신호 처리기 모듈을 포함하며, 패키징 및 처리 자원 상의 제한으로 인해 이들 각각의 모듈은 전형적으로 8개의 입력으로 제한된다. 각각의 디지털 신호 처리기 모듈은 채널들의 뱅크를 포함하며, 각각의 뱅크는 4개의 연속적인 채널들(예를 들면, 1-4 또는 5-8)로 구성된다. 본 실시예에서, 각 뱅크는 전류 트랜스포머, 전압 트랜스포머로부터의 데이터를 처리하는데 이용되거나, 또는 빈 상태로 남겨진다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다수의 디지털 신호 처리 모듈들이 전용 피어-피어(peer-to-peer) 통신 버스에 의해 접속되며, 각각의 DSP는 사용자에게 인터페이스를 제공하는, 릴레이(60)의 CPU와도 통신한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 차동 릴레이들이 통신 네트워크를 통해 서로 통신하여, 본 발명의 이점들이 보호 릴레이 네트워크에 적용될 수 있다는 이점이 있다.

도 5를 참조하면, 다양한 DSP 모듈 구성들(70, 72, 74, 76, 78)을 개념적으로 나타내고 있다. 모듈(70)에서, 채널(1-4)은 전류 트랜스포머 데이터에 대해 할당되고, 채널(5-8)은 전압 트랜스포머 데이터에 대해 할당된다. 도 4의 예에서, 전류 트랜스포머(14)(사용자 구성 가능한 데이터 소스 포인트(50))로부터의 전류 트랜스포머 데이터의 3개의 위상에 대해 채널(1-3)이 이용될 수 있고, 추가적인 전류 트랜스포머 데이터에 대한 그라운드 또는 보조 채널로서 채널(4)이 이용될 수 있다. 모듈(70) 내의 4개의 전압 트랜스포머 채널들 및 다른 모듈들 내의 DSP 채널들의 각 뱅크에 대해 유사한 채널 이용 방안이 구현될 수 있다. 모듈(72)은 모든 채널을 전류 트랜스포머 채널로서 할당하며, 모듈(74)은 모든 채널을 전압 트랜스포머 모듈로서 할당하고, 모듈들(76, 78)은 이용된 모듈들의 단지 하나의 뱅크만을 각각 가지며, 모듈(76)은 그 4개의 채널을 전류 트랜스포머 채널로서 이용하고, 모듈(78)은 그 4개의 채널을 전압 트랜스포머 모듈로서 이용한다. 도 5의 예시적인 구성에서, 사용자 구성 가능한 소스들의 소정의 원하는 조합을 실제로 달성하기 위해, 실제로 소정의 가능한 하드웨어 구성이 수용될 수 있다. 예를 들어, 3개의 DSP 모듈들, 즉 모듈(72), 모듈(70) 및 모듈(78)이 3 권선 트랜스포머, 또는 2 권선 트랜스포머를 위해 사용될 수 있으며, 권선들 중 하나는 차단기 1개 반 구성을 갖는다. 많은 응용들에 있어서 3개 미만의, 혹은 3개를 초과하는 DSP 모듈을 필요로 할 수 있음을 알아야 한다.

보조 채널이, 예를 들면, 전력 트랜스포머 중간점-그라운드 접속(neutral-to-ground connection)시 전류 트랜스포머로부터 데이터를 수집하도록 보조 채널이 이용될 수 있다. 이 정보를 이용하여 그라운드 결함 이벤트에 대한 보호를 제공할 수 있다. 보조 전압 입력 채널을 이용하여 동기 체크 방안(synchronism-checking scheme)에서 이용하기 위한 전압을 제공할 수 있다. 도 6을 참조하여, 사용자 구성 가능한 소스를 정의하는 한 가지 방법이 기술될 것이다. 전류 및 전압 입력들은 릴레이(60) 그 자체 내의 사용자 인터페이스를 통해, 또는 릴레이(60)와 통신중인 컴퓨터의 사용자 인터페이스를 통해 여러 가지 설정을 선택함으로써 프로그램될 수 있다. 본 실시예에서, 1-8로 번호가 부여된 채널들을 포함하는 각각의 DSP 모듈이 슬롯 지시자(slot indicator)(예를 들면, "F")로 할당된다. 그 후, 8개의 채널은 4개의 세트로 그룹화된 후, F1, F4, F5, F8로서 정의된다. 세트 F1은 채널들(1, 2, 3)로 구성된다. 세트 F4는 채널(4)로 구성된다. 세트 F5는 채널들(5, 6, 7)로 구성된다. 세트 F8은 채널(8)로 구성된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 채널 세트(예를 들면, F1, F4, F5, F8)는 각종 범위 내에서 할당된 파라미터들(예를 들면, 1 차 및 2 차 전류값, 접속 타입, 전압값, 비율 등)을 가질 수 있다. 도 6에 도시된 파라미터 및 범위들은 단지 예시적인 것이다.

도 7을 참조하면, 이름(예를 들면, 소스 1), 위상 전류 트랜스포머 입력(예를 들면, F1), 그라운드 전류 트랜스포머 입력(예를 들면, F4), 위상 전압 트랜스포머 입력(예를 들면, F5) 및 보조 입력(예를 들면, F8)을 할당함으로써 소스가 구성될 수 있다. 또한, 소스를 전류 트랜스포머들의 임의의 조합의 합으로서 정의하는 것이 가능함을 알 것이다.

또한, 릴레이 또는 릴레이와 관련된 통신 네트워크를 통해 다른 값들이 선택 또는 디스플레이될 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 실제 전류 입력들과 관련된 계산 양(quantity)들은 페이저(phasor) 양들로 디스플레이될 수 있다. 또한, (위상 전류 및 전압, 중간점 전류, 시퀀스 양, 전력, 에너지, 주파수, 고조파 내용과 같은) 소스와 관련된 모든 양들을 포함하는, 각 구성 소스와 관련된 계산 양들이 또한 디스플레이될 수 있다. 위상 시간 과전류 구성 요소, 부족 주파수(underfrequency) 구성 요소, 동기화 체크 구성 요소, 트랜스포머 차동 등과 같은 여러 구성 요소들에 대해 요구되는 구성들은 본 기술 분야에 속하는 것으로 간주되며, 따라서 본 명세서에서는 기술하지 않는다.

본 발명의 또다른 특징에 따르면, 단일의 보호 릴레이 내에 다수의 DSP를 포함시킴으로써, 보호 릴레이 내에서의 레비뉴 클래스 미터링의 달성을 포함하는 추가적인 주요 이점들을 달성할 수 있다. 특히, 릴레이(60)에는 보호를 위해 보호 클래스 전류 트랜스포머에 접속하기 위한 입력들 외에도, 미터링을 위해 레비뉴 클래스 전류 트랜스포머에 접속하기 위한 전용 입력들이 제공될 수 있다. 따라서, 모든 3상 응용들(공급기, 라인, 트랜스포머, 모터, 발생기 등)에 대해 단일의 보호 릴레이가 이용될 수 있으며, 단일의 장치에서 정확한 미터링 및 적절한 보호를 제공할 수 있다. 전압 트랜스포머 동적 범위는 미터링 및 보호에 대해 동일하므로, 그 둘다를 위해 1 세트의 입력들이 이용될 수 있다.

보호 릴레이에 레비뉴 클래스 미터링을 제공하기 위해, 릴레이(60) 내의 다수의 DSP 모듈들 중 하나에 미터링에 적합한 동적 범위(예를 들면, 대략 0 내지 1.5-2 배 정격 입력)를 갖는 3개의 전류 트랜스포머 입력 서브모듈들의 세트가 제공될 수 있다. 예를 들면, 보다 높은 버든(burden)을 이용하고, 또는 적절한 중간 전류 트랜스포머를 이용하는 것에 의해 적절한 동적 범위가 구현될 수 있다. 추가적인 회로는 릴레이(60)의 경우와 실질적으로 동일하게 유지된다. 그 후, 릴레이(60)의 사용자 구성 가능한 소스 포인트들을 이용하여 레비뉴 클래스 미터링을 위한 감소된 동적 범위 입력을 선택하고, 보호 응용들을 위해 표준의 보다 넓은 범위의 입력을 선택한다. 이 방법에서, 레비뉴 클래스 미터링 및 보호가 단일 장치 내에 제공될 수 있다.

도 8은 도 4의 구성의 모듈 구현의 예를 도시하고 있다. 도 8에서, 릴레이(60)는 전력 공급 모듈(82), CPU(84), DSP 모듈(86, 88), 디지털 I/O 모듈(92) 및 통신 모듈(94)을 포함하는 다수의 모듈을 포함한다. CPU(84)는 릴레이에 대한 메인 프로세서이고, DSP(86, 88)는 보호 방안을 구현하는데 적합한 신호 처리를 제공하며, I/O 모듈(92)은 상태 및 제어 정보와 관련된 입력 및 출력들을 교환하고, 통신 모듈(94)은 이더넷, HDLC 및 UART와 같은 통신 포맷을 이용하여 통신을 지원한다. 본 실시예에서, 각 모듈은 모듈들 간에 통신을 제공하는 고속 데이터 버스(96)와 동작가능하게 접속된다. 도 8의 구현에서, 전압 트랜스포머(도 4 참조) 및 전류 트랜스포머(14)는 DSP 모듈(86)과 관련되며, 전류 트랜스포머(16, 18)는 DSP 모듈(88)과 관련된다. 따라서, 도 8의 모듈 구현은 단일 릴레이에서 도 4의 보호 방안을 지원하는데 적합하다.

또한, 전술한 예시적인 실시예들은 차단기 1개 반 트랜스포머 보호 방안에 대하여 기술되었으나, 본 발명은 그러한 보호 방안에 국한되지 않음을 알아야 한다. 실제로, 본 발명의 이점들을 적용하여 라인 보호, 버스 보호 또는 다른 타입의 전력 시스템 모니터링 및 제어를 달성할 수 있다. 라인 보호와 같은 소정 타입의 보호를 달성하기 위해, 특히 원격 소스들로부터의 전력 시스템 데이터를 동기화하는 것이 바람직하다. 그러한 동기화는 알려진 기법들을 이용하여 달성될 수 있다. 그러한 한 가지 기법은 밀스(Mills)에 의해 "Internet Time Synchronization: The Network Time Protocol"이란 명칭으로 IEEE Transactions on Communications, vol.39, no.10, October 1991, pages1482-93의 문헌에 기술되어 있다(통신 지연을 계산하는 클럭들을 동기화하기 위해 라운드 트립 시간 태그(round-trip time tag)를 이용하는 소위 "핑퐁(ping-pong)" 기법). 다른 기법에 대해서는 아다미악(Adamiak) 등에 의해 "Digital Current Differential System"이란 명칭으로 미국 특허 제 5,809,045 호에 기술되어 있으며, 그 문헌에서는 2개 또는 3개의 전송 라인 및 디지털 통신으로부터의 측정 전류 내의 정보를 이용하고 있다.

본 발명의 또다른 구현들이 기술될 것이다. 도 9는 도 1-4의 트랜스포머(22)를 대체하는 3 권선 트랜스포머(23)를 포함하는 차단기 1개 반 방안을 도시하고 있다. 또한, 3 권선 트랜스포머(23)는 2개의 개별적인 라인을 공급하는데, 하나는 전류 트랜스포머(18)를 위한 것이고 다른 하나는 전류 트랜스포머(19)를 위한 것이다. 그렇지 않은 경우, 도 9의 방안은 도 1-4에 도시된 방안과 실질적으로 유사하다.

도 10은 단일 릴레이에 도 9의 방안의 보호를 구현하기 위한 모듈 아키텍처 방법을 도시하고 있다. 도 10의 릴레이(60)에서, 추가적인 DSP 모듈(90)이 도 8의 디지털 I/O 모듈들(92) 중 하나를 대체하였다. 이러한 구현에서, 전류 트랜스포머(19)는 추가적인 DSP(90)와 관련되며, 트랜스포머(19)로부터의 전류 데이터는 추가 입력으로서 이용되어 3 권선 트랜스포머(23)에 대해 트랜스포머 보호를 제공한다.

도 11은 버스바(busbar)의 6 공급기 섹션에서 버스바 보호를 제공하기 위한 예시적인 구현을 도시하고 있다. 도 11에 도시된 구현에서, 버스바(100)의 일부는 6개의 공급기(101-106)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 각각의 공급기는 전류 트랜스포머(107-112)와 관련된다. 또한, 버스바(100)의 일부는 전압 트랜스포머(114)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 도 11에 도시된 구현에서, 전류 트랜스포머(107-112)는 소스 포인트들로서 구성되며, 릴레이(60)에 전류 측정치를 제공한다. 또한, 전압 트랜스포머(114)는 소스 포인트로서 구성되며, 릴레이(60)에 전압 측정치를 제공한다. 이들 전압 및 전류 측정치는 릴레이(60)에 의해 이용되어 순간 과전류 차단기 고장 보호(50BF), 차동 버스 보호(87B) 및 부족 전압(undervoltage) 보호(27G)를 포함하는 보호 제어를 구현한다.

도 12는 도 11의 버스바 보호 방안을 구현하기 위한 모듈 아키텍처 방법을 도시하고 있다. 도 12에서, 릴레이(60)는 도 10에 도시된 것과 실질적으로 유사하게 구성되지만, 도 12의 릴레이는 소스(114, 107)로부터의 입력들을 제 1 DSP 모듈에서, 소스(108, 109)로부터의 입력들을 제 2 DSP 모듈에서, 소스(110, 111)로부터의 입력들을 제 3 DSP 모듈에서, 소스(112)로부터의 입력을 제 4 DSP 모듈에서 수신한다. 릴레이(60)는 도시된 바와 같이 정보를 처리하며, 전류 트랜스포머(107-112)에 대해 차단기 고장 보호 50BF를 제공하는데 이용된 데이터에 근거하여 버스 차동 보호 87B를 수행한다.

도 13은 본 발명의 하나의 특징에 따라 12 공급기 버스바 보호를 제공하기 위한 모듈 분할 아키텍처 방법을 도시하고 있다. 이 구현에서, 제 1 및 제 2 릴레이(60)는 실질적으로 도 12에 도시된 바와 같이 접속되며, 제 1 및 제 2 릴레이는 릴레이(60)의 통신 모듈들 간의 10 Mbps(megabits per second) 이더넷 접속일 수 있는 통신 링크(130)를 통해 통신한다. 물론, 다른 적절한 접속이 사용될 수 있음을 알 것이다. 또한, 도 13의 구현에 있어서, 각각의 릴레이(60)는 115 Kbps(kilobit per second) RS485 접속 혹은 다른 적절한 접속일 수 있는 통신 링크(134)를 통해 원격 릴레이(132)들 중 하나와 통신한다.

전술한 내용으로부터, 본 발명은 릴레이 또는 다른 지능형 전자 장치(intelligent electronic device; IED)에 대한 입력을 위해 사용자에 의해 소스를 구성하는 것이 가능하도록 함으로써, 크게 향상된 보호 방안을 제공할 수 있음을 명백하게 알 것이다. 일단 소스가 구성되면, 릴레이의 미터링, 보호 또는 제어 특성은 소스를 입력 양(quantity)으로서 이용할 수 있다(전형적으로 릴레이에서 하드 코딩(hard-coded)됨). 따라서, 3상 전압 및 3상 전류를 포함하는 소정의 소스는 자동적으로 해당 소스에 대한 전력 미터링을 제공할 수 있을 것이다. 보호 구성 요소는 전력 시스템 상에서 6개의 포인트를 보호하는데 이용될 수 있는 6개의 시간 과전류 구성 요소(time-overcurrent element; TOC)를 가질 수 있으며, 또는 3개의 TOC 구성 요소가 전력 시스템 상에서 2개의 포인트를 보호하도록 할당될 수 있고, 또는 2개의 TOC 구성 요소가 전력 시스템 상에서 3개의 포인트를 보호하도록 할당될 수 있으며, 또는 TOC 구성 요소가 적절하게 분배될 수 있다. 또한, 오실로그래피(oscillography)를 미처리 데이터 또는 소정의 소스로부터 획득된 데이터를 측정하도록 구성할 수 있다. 본 발명은 이들 및 다른 이점들이 달성될 수 있도록 한다.

앞에서는 여러 가지 상세 내용 및 특정 내용이 기술되었지만, 그것은 단지 설명을 위한 것이며, 본 발명의 영역을 제한하도록 의도되는 것은 아님을 알 것이다. 당업자라면 이하의 특허 청구 범위 및 그것의 법적인 등가물로서 정의되는 본 발명의 영역을 벗어나지 않고서도, 전술한 바와 같은 예시적인 실시예들을 여러가지 형태로 쉽게 변형할 수 있을 것이다.

Claims (22)

1. 전력 분배 시스템(power distribution system)에서 데이터를 획득하는 방법에 있어서,

   보호 릴레이(protective relay) 인터페이스를 통해 다수의 소스 포인트(source point)로부터 시스템 데이터를 수신하도록 보호 릴레이를 구성하는 단계와,

   상기 소스 포인트에서 시스템 파라미터를 감지하는 단계와,

   상기 감지된 시스템 파라미터에 근거하여 상기 보호 릴레이에서 네트워크 모니터링 및 제어를 수행하는 단계를 포함하되,

   상기 구성하는 단계는 소스 포인트 및 상기 소스 포인트와 관련된 파라미터를 정의하는 단계를 포함하는

   전력 분배 시스템에서의 데이터 획득 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호 릴레이는 다수의 디지털 신호 처리기를 포함하는 전력 분배 시스템에서의 데이터 획득 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   통신 네트워크를 통해 원격 보호 릴레이 장치로 시스템 파라미터를 제공하는 단계를 더 포함하는 전력 분배 시스템에서의 데이터 획득 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 소스 포인트와 관련된 상기 파라미터 중 하나가 동적 범위(dynamic range)인 전력 분배 시스템에서의 데이터 획득 방법.
5. 보호 릴레이에 있어서,

   사용자로부터의 입력을 수신하고, 보호 제어 출력을 전력 시스템에 제공하도록 접속된 중앙 처리 유닛과,

   데이터 버스에 의해 상기 중앙 처리 유닛에 접속된 최소한 2개의 디지털 신호 처리 유닛으로서, 각각의 디지털 신호 처리 유닛은 다수의 사용자 정의 소스 포인트로부터 전력 시스템 데이터를 수신하고, 상기 다수의 사용자 정의 소스 포인트로부터의 상기 전력 시스템 데이터를 조합하는 상기 최소한 2개의 디지털 신호 처리 유닛를 포함하되,

   상기 중앙 처리 유닛은 상기 조합된 전력 시스템 데이터에 근거하여 보호 제어 출력을 제공하는

   보호 릴레이.
6. 전력 분배 네트워크를 모니터링하기 위한 보호 릴레이에 있어서,

   상기 전력 분배 네트워크 상의 다수의 소스 포인트를 정의하는 구성 코맨드(configuration command)를 사용자로부터 수신하도록 접속된 인터페이스 구성 요소와,

   상기 사용자 인터페이스로부터 상기 구성 코맨드를 수신하고, 상기 구성 코맨드를 실행하여 상기 다수의 소스 포인트에서의 네트워크 파라미터를 모니터링하도록 배열되는, 상기 보호 릴레이 내의 다수의 디지털 신호 처리 유닛을 포함하는

   보호 릴레이.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 다수의 디지털 신호 처리기는 상기 다수의 소스 포인트 중 2개 이상의 포인트로부터의 전력 시스템 데이터를 조합하는 보호 릴레이.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 보호 릴레이는 상기 디지털 신호 처리 유닛에 의해 모니터링된 상기 네트워크 파라미터에 근거하여, 상기 전력 분배 네트워크 내의 전력 시스템 구성 요소에 대한 보호를 수행하는 보호 릴레이.
9. 제 6 항에 있어서,

   각각의 디지털 신호 처리 유닛은 다수의 채널 뱅크를 포함하며, 각각의 채널 뱅크는 상기 전력 분배 네트워크 내의 전류 트랜스포머 및 전압 트랜스포머에 대응하는 처리 데이터를 저장하는 보호 릴레이.
10. 전력 시스템과 관련된 보호 릴레이에서 전력 시스템 데이터를 처리하는 방법에 있어서,

    상기 전력 시스템 상의 다수의 사용자 구성 가능한 소스 포인트로부터 전력 시스템 데이터를 수신하는 단계와,

    상기 보호 릴레이에 있어서의 상기 다수의 사용자 구성 가능한 소스 포인트로부터의 상기 전력 시스템 데이터를 조합하는 단계와,

    상기 조합된 전력 시스템 데이터에 근거하여 보호 제어를 제공하는 단계를 포함하는

    전력 시스템 데이터 처리 방법.
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