KR100872273B1 - 전력시스템에서 시각동기 된 측정신호를 이용한 실시간과도안정도 판별과 고장파급방지법 - Google Patents

전력시스템에서 시각동기 된 측정신호를 이용한 실시간과도안정도 판별과 고장파급방지법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력시스템의 이산데이터에서 실시간으로 과도안정도를 판별하여 다른 발전기나 전체 계통으로 고장이 파급되는 것을 방지하는 방법에 관한 것이다. 전력시스템에서 실시간으로 취득한 시각동기화 된 이산치 전압과 전류로부터 유효전력과 누적 순에너지를 계산하여 이로부터 고장을 판단한다. 전력계통에서 고장이 발생하였을 때, 실측한 기계적 입력과 유효전력의 편차로부터 가속력과 감속력을 계산하고, 가속력과 감속력으로부터 발전기에 누적되는 가속에너지와 감속에너지를 계산한다. 그리고 가속에너지와 감속에너지로부터 발전기회전자에 누적되는 순감속에너지와 순가속에너지를 계산한다. 만일 누적되는 순에너지가 점점 증가하면 과도불안정으로 판단하여 순에너지가 가장 큰 발전기를 탈락시킴으로써 다른 발전기들은 정상적으로 안정운전을 할 수 있게 한다. 지금까지 과도안정도 판별법에서는 전력위상각을 필요로 하므로 실시간 과도안정도 해석이 불가능하였다. 따라서 과도안정도를 해석하기 위해서 시스템을 축약한 후 등면적법을 적용하였다. 그러나 본 발명에서는 위상각을 사용하지 않고 실시간으로 실측된 시각동기 된 유효전력으로부터 과도안정도를 판별한다. 따라서 실시간으로 다른 발전기로 고장이 파급되는 것을 방지할 수 있어 보다 안정적으로 전력을 생산, 공급할 수 있고, 불필요한 발전기 정지를 예방할 수 있어 막대한 비용절감도 기대할 수 있다.

Description

전력시스템에서 시각동기 된 측정신호를 이용한 실시간 과도안정도 판별과 고장파급방지법{Real time transient stability criterion and protection method of fault propagation using time synchronized measurement signal in power systems}
도 1은 본 발명을 수행하기 위한 하드웨어의 개략적인 블록 구성도,
도 2는 등면적법을 설명하기 위한 전력-위상각 곡선,
도 3은 전기적출력과 기계적입력 및 가속(감속)력을 나타내는 계통도,
도 4는 과도고장시 가속(감속)에너지를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 하드웨어 구성을 나타내는 계통도,
도 6은 다기발전기에서 유효전력변화 블록 구성도를 나타내는 도면,
도 7은 유효전력의 출력과 가속(감속)에너지를 나타내는 도면,
도 8은 가속(감속)에너지와 순가속(감속)에너지를 나타내는 도면,
도 9는 동기탈조를 나타내는 도면,
도 10은 순가속(감속)에너지의 개념을 나타내는 도면,
도 11은 그룹발전기와 각 발전기의 유효전력을 나타내는 도면,
도 12는 실시예1을 위한 다기 계통의 단선도,
도 13은 실시예1의 그룹발전기 유효전력과 가속(감속)에너지 파형,
도 14는 실시예1의 1번발전기 유효전력과 가속(감속)에너지 파형,
도 15는 실시예1의 5번발전기 유효전력과 가속(감속)에너지 파형,
도 16은 실시예1의 그룹발전기 유효전력과 가속(감속)에너지 파형,
도 17은 실시예1의 결과를 나타내는 도면,
도 18은 실시예2를 위한 신호의 파형,
도 19는 실시예2의 결과를 나타내는 도면,
도 20은 시각동기를 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 데이터 취득부 20: 입력 처리부
30: 설정부 40: 연산부
50: 제어부 60: 출력부
전력시스템은 발전기, 여자기를 비롯한 다양한 제어기들이 네트워크를 통하여 복잡하게 연결되어 운전되고 있다. 시스템에 심각한 고장이 발생하였을 때, 일부 지역의 발전기들은 과도불안정 상태에 놓이게 되고 지역 전체 발전기가 정지된 후 광역정전으로 고장이 파급될 수 있다. 실제 전력시스템에서는 지역의 그룹 발전기들의 탈락을 방지하기위하여 부분적으로 발전력을 탈락시켜 나머지 발전기가 정 지되는 것을 예방하고 있다. 이와 같은 목적으로 대용량의 중요 발전소에는 고장파급방지장치가 설치되어 있고, 과도불안정시 발전기들을 안정시켜 시스템에 주는 영향을 최소화하도록 하고 있다.
최근 사회전반에 디지털화가 빠르게 진행되고 있고 전력시스템에도 디지털 장비들의 설비가 증가하고 있다. 또한 컴퓨터/네트워크의 발달로 전력시스템에서 실측데이터로부터 전력시스템의 해석과 운용 정보를 얻기 위한 시도가 이루어지고 있다. 가장 활발하게 개발되고 있는 시각동기위상측정장치(phase measurement unit, PMU)는 세계 각 국과 중전기기 회사들이 경쟁적으로 개발하고 있으며 디지털계전기를 소프트웨어적으로 시각동기화 하는 개발도 활발하게 진행되고 있다.
전력시스템에서 발생하는 다양한 안정도 문제 중에서 과도안정도는 단락사고와 같은 심각한 고장이 발생할 때, 발전기들이 동기 상태를 유지할 수 있는지 여부가 관심이다. 보통 과도안정도 고장 발생으로부터 매우 짧은 시간의 동적상태를 해석하는데, 초기 동요의 진폭이 감쇄되면 시스템이 안정하게 운전되지만 자동주파수나 자동전압제어루프와 같은 제어 계통의 영향으로 수 분간 동요가 지속될 수도 있다.
지금까지 전력시스템의 과도안정도는 주로 동적모델에 컴퓨터 시뮬레이션 기법을 적용하여 해석하였다. 대표적인 해석방법으로 등면적법(equal-area criterion)이 있는데, 이 방법은 일기무한모선계통(one machine infinite bus system)의 동요방정식(swing equation)으로부터 과도안정도를 해석하는 방법으로 직접 대규모 전력시스템의 과도안정도를 해석할 수 없다. 등면적법은 기준모선의 위상각에 대한 상대적인 위상각을 사용하므로 많은 수의 발전기로 구성되어 있는 대규모 전력시스템에 직접 적용할 수 없다. 따라서 대규모 전력시스템에 등면적법을 적용하기 위해서는 계통축약을 통하여 대규모 계통을 일기무한모선계통으로 축약해야 한다. 등면적법은 일기무한모선계통의 전력위상각 곡선으로부터 임계고장제거 시간(critical clearing time)과 임계전력위상각을 계산하여 과도안정도 해석하는 방법이다.
등면적법과 함께 과도안정도를 해석하는 방법으로 시간영역해석(time simulation)이 있다. 전력시스템의 동적모델에 컴퓨터 시뮬레이션을 수행해서 시간에 대한 발전기출력과 위상각의 동태를 파악하는 방법이다. 그러나 상기와 같은 방법들은 매우 짧은 해석시간을 요구하는 실시간 과도안정도 해석에는 적용할 수 없다.
실제 발전소 근처에 심각한 고장이 발생하여 과도불안정 상태에 이르면, 룩업테이블(lookup table)에 의존해서 경험적으로 발전기들을 탈락시켜 발전기 그룹 전체의 탈조를 방지하고 있다. 그러나 경험적 기능만 부가되어 있고, 현재 전력시스템 상태가 전혀 반영되지 않으므로 불필요하게 많은 발전기를 탈락시키거나 부적절한 탈락으로 그룹 전체 발전기들을 탈조시킬 가능성이 있으며, 이로 인하여 전력시스템 전체를 불안정하게 할 수 있다.
본 발명의 내용과 관련된 종래의 기술로는 신경회로망을 이용해서 온라인으로 전력시스템의 과도안정 여유를 평가하는 방법(국내특허 제10-0199554호)과 전력시스템에 발생할 수 있는 중대한 고장에 대한 상정사고를 선택해서 발전기들의 상 태와 안정도를 예측하는 과도안전도 평가에 대한 방법(국내특허 제10-0411817호), 그리고 복소전력의 시간당 변화율을 이용해서 동기탈조를 검출하는 방법(국내특허 제0599818호)등이 있으나 이들 방법 또한 상기와 같이 등면적법에 기초를 두고 있어 상대적 위상각을 필요로 하므로 실시간으로 과도안정도를 해석할 수 없다.
상기한 종래의 과도안정도 판별 방법에서는 상대적 위상각의 필요로 한다. 따라서 실측한 이산데이터에서 실시간으로 과도안정도를 판별하는 것은 불가능하고, 과도상태에서 경험적으로 발전기를 탈락시킴으로써 과도불안정에 대한 대응이 부적절할 수 있는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 상대적 위상각을 사용하지 않고 시각동기 된 실측 전압과 전류로부터 계산한 전력으로부터 얻은 순감속에너지와 순가속에너지를 사용하여 과도안정도를 판별하고 고장이 파급되는 것을 방지한다. 매우 빠른 해석시간을 요구하는 과도안정도 해석에서 허용할 수 있는 작은 샘플링으로 시각동기 된 데이터를 취득하고, 취득된 이산데이터를 실시간으로 처리할 수 있도록 순에너지만으로 과도안정도를 판별할 수 있는 방법을 제시한다. 또한 과도불안정시 탈락시킬 발전기를 가속(감속)에너지로부터 선택하여 실시간으로 과도불안정을 제거하고, 다른 발전기나 전체 계통으로 고장이 파급되는 것을 방지하는 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시간 전력시스템 과도안정도 판별과 고장파급방지 방법은, 실시간으로 시각동기 된 발전기의 이산치 전압, 전류와 기계적 입력을 취득하는 스텝과, 상기 취득된 이산치 전압과 전류로부터 각 발전기의 전력과 그룹발전기의 유효전력을 실시간으로 계산하여 고장을 판단하는 하는 스텝과, 고장이라 판단되면 기계적 입력(Pm)과 상기에서 계산한 유효전력(Pe)의 편차로부터 감속력과 가속력(Pa)을 계산하는 스텝과, 상기 계산된 가속력과 감속력을 일정시간동안 적분하여 가속 및 감속에너지를 계산하는 스텝과, 상기 산출된 가속 및 감속에너지로부터 순가속 및 순감속에너지를 계산하여 비교하는 스텝과, 상기 비교하는 스텝에서 순가속 및 순감속에너지가 점점 증가하거나 지정된 범위를 벗어나면 과도불안정으로 판단하여 발전기를 탈락하는 스텝과, 상기 결과를 출력 및 저장하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 원리를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명을 수행하기 위한 하드웨어]
도1은 본 발명을 수행하기 위한 하드웨어의 개략적인 블록 구성도로서, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명을 수행하기 위한 하드웨어는, 실시간 데이터 취득부(10)와 입력 처리부(20)와 설정부(30)와 연산부(40)와 제어부(50)와 데이터 출력 및 저장부(60)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 입력 처리부(20)는 입력되는 아날로그형태의 실시간 시계열 전압, 전류 데이터를 아날로그 투 디지털 변환(analog to digital convert)하고, GPS(global positioning system) 신호에 의해서 시각동기화 하여 연산부(40)로 입력한다.
상기 설정부(30)는 과도상태 후 가속과 감속을 반복할 수 있는 최대 횟수와 최소가속(감속)에너지를 설정한다.
상기 연산부(40)는 입력 처리부(20)로부터 입력되는 시각동기화 된 이산치 전압과 전류로부터 유효전력과 가속(감속)력 및 순가속(순감속)에너지를 계산하고 과도안정도를 실시간으로 판별한다. 그리고 과도불안정시 제어부에 제어명령을 지시하여 가장 가속(감속)에너지가 큰 발전기를 차단한다.
상기 제어부(50)는 연산부의 결과에 따라 과도불안정시 최대가속에너지를 갖는 발전기를 정지한다.
상기 데이터 출력 및 저장부(60)는 상기 연산부(40)에 의해 계산된 결과와 제어동작의 결과 및 실시간으로 취득한 이산데이터를 출력하고 저장 장치에 저장한다.
이하에서는, 상기한 바와 같이 구성된 하드웨어를 통해 수행되는 본 발명의 구체적인 내용에 대해 설명하기로 한다.
본 발명은, 전력시스템에서 실시간으로 취득한 시각동기 된 전압, 전류로부터 과도안정도를 판별하고 다른 발전기나 전체 전력시스템으로 고장이 파급되는 것을 방지하는 방법에 관한 것으로, 실시간으로 취득한 이산치 전압과 전류로부터 그룹 발전기의 유효전력을 계산하고 실측한 기계적 입력과 유효전력의 편차로부터 가속력과 감속력을 계산하여 발전기에 누적되는 순가속(감속)에너지를 계산한다. 누적되는 순에너지가 점점 증가하면 과도불안정으로 판단하여 그룹발전기들 중 순에너지(net energy)가 가장 큰 발전기를 탈락함으로써 다른 발전기들을 정상운전하게 한다.
우선, 본 발명의 실시예에 적용되는 원리에 대해 설명하기로 한다.
전력계통에서 과도안정도는 비교적 큰 외란에 대해서 발전기의 동요를 해석하는 것으로 주로 일기무한모선계통(one machine infinite bus system)의 동요방정식과 등면적법(equal-area criterion)을 이용하여 해석한다. 다기발전기가 있는 대규모 전력계통에서는 시간영역해석(time domain simulation)을 수행하거나 다기계통을 일기무한모선 계통으로 축약한 후 등면적법을 적용하여 해석하는데, 이와 같은 방법은 계통모델로부터 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 과도안정도를 해석하는 방법이다. 과도안정도해석은 1사이클(1/60초) 단위의 매우 빠른 해석시간을 요구하므로 지금까지 대규모 전력시스템의 실측 데이터에서 실시간으로 과도안정도를 판별하는 방법을 없다.
본 발명의 개념을 설명하기위하여 먼저 과도안정도를 해석하기 위한 동요방정식과 등면적법에 대해서 설명한다. 기계적 입력과 전기적출력(유효전력)을 각각 Pm, Pe라 하고, 관정정수와 회전자 위상각을 각각 H, δ라 하면, 동요방정식(swing equation)은 수학식1과 같다.
Figure 112007023322126-pat00001
수학식 1에서 Pm, Pe는 각각 기계적 입력과 전기적출력(유효전력)이고, H와 δ는 각각 관정정수와 회전자 위상각이다.
그리고 발전기 내부전압과 단자전압을 각각 Ef, Vt라 하고, 내부리액턴스를 XT라 하면, 전기적출력(유효전력) Pe는 위상각의 비선형 함수인 수학식2와 같다.
Figure 112007023322126-pat00002
수학식 2에서 Ef, Vt는 각각 발전기 내부전압과 단자전압을 의미하고, XT는 발전기내부리액턴스이다.
발전기의 기계적 입력은 빠르게 변화할 수 없으므로 외란 후, 위상각의 최대 변화는 전기적출력(유효전력) Pe=0일 때 발생한다. 즉 외란 발생 후 초기동요는 전기적출력(유효전력) Pe에 의존한다.
동요방정식에서 등면적법은 임계고장제거 시간(critical clearing time)이나 임계전력위상각(critical power angle)을 계산하는 방법이다. 도2는 등면적법을 해석하기 위해서 나타낸 고장전후의 전력위상각 곡선이다. 도2에서 a점에서 정상운전 되고 있는 발전기가 고장이 발생하면 b점에서 c점으로 운전된다. 그리고 고장을 제거한 후에는 e점에서 f점을 따라 운전된다. 등면적법에 의한 과도안정도 판별을 위해서는 임계전력위상각을 계산해야하는데, 도2에서 가속면적 Aacc와 감속면적 Adcc가 같을 때, 위상각 δc를 계산함으로써 임계전력위상각을 계산한다.
등면적법을 일기무한모선에 적용할 수 있는 방법으로 다기의 발전기로 구성되어 있는 대규모 전력시스템에는 직접 적용할 수 없다. 왜냐하면 등면적법은 전력위상각 곡선(도2)에 기초해서 과도안정도를 판별하므로 반드시 기준발전기에 대한 상대적 위상각을 알아야 한다. 따라서 다기계통에서는 다수의 발전기들을 일기무한모선으로 축약해서 등면적법을 적용하거나 비선형 계통모델에 시간영역해석을 적용하여 과도안정도를 해석하고 있다. 즉 지금까지 전력시스템에서 과도안정도 판별은 컴퓨터 프로그램의 시뮬레이션에 의존해서 수행하고 있으며, 실시간으로 과도안정도를 판별하는 기법은 없다.
본 발명에서는 전력시스템에서 실시간으로 과도안정도를 판별하기 위한 새로운 개념으로써 가속에너지와 감속에너지를 도입하였는데, 먼저 수학식1에 나타나있는 동요방정식(swing equation)과 가속(감속)에너지의 관계에 대해서 기술한다.
동요방정식에서 외란에 의해서 전기적출력(유효전력) Pe가 변화하면 발전기 내부 위상각이 변화한다. 그러므로 기계적 입력 Pm과 전기적출력(유효전력) Pe의 편차를 가속력(또는 감속력) Pa라 하면, 가속력 Pa=Pm-Pe가 성립하고 도3과 같이 나타낼 수 있다. 도3에서 알 수 있는 것과 같이 기계적 입력 Pm이 전기적출력(유효전력) Pe보다 크면(Pm>Pe), 발전기는 가속되어 발전기 내부에 가속에너지가 축적되고, 반대로 기계적 입력 Pm이 전기적출력(유효전력) Pe보다 작으면(Pm<Pe), 발전기는 감속되어 발전기 내부에 감속에너지가 축적된다. 이와 같은 가속력 및 감속력은 전기적출력(유효전력)의 변화에 대한 발전기 내부에 저장되는 힘을 의미한다.
따라서 일정시간 동안 가속력을 적분하면 발전기 내부에 축적되는 가속(감속)에너지에 대한 식을 얻을 수 있다. 가속력(감속력)을 Pa라 하고, 가속(감속)에너지를 Ea라 할 때, 시간 t1초부터 t2초까지 발전기 내부에 축적되는 가속(감속)에너지는 수학식3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007023322126-pat00003
수학식 3에서 Pa는 가속력(감속력)을 의미하고, Ea는 가속(감속)에너지를 의미한다.
발전기 모선 인근에 고장이 발생하였을 때, 전기적출력(유효전력)과 기계적 출력의 파형은 도4와 같다. 도4에서 외란이 발생한 후, 전기적출력(유효전력)(410)은 급변하는 반면, 기계적 출력(420)은 미세하게 변화함을 알 수 있다. 도4에서 전기적출력(유효전력)(410)이 기계적 출력(420)보다 작을 때의 면적(400)이 발전기 내부에 축적된 가속에너지를 나타내고 있고, 전기적출력(유효전력)이 기계적 출력보다 클 때의 면적(430)이 발전기 내부에 축적되는 감속에너지를 나타내고 있다.
한편 발전기의 전기적출력(유효전력)은 고장위치에 따라서 출력되는 파형이 다르다. 발전기 모선(300)에서 고장이 발생하면, 수학식2에서 모선 전압 Vt=0이므로 전기적출력(유효전력)은 거의 영에 가깝게 감소한다. 반면에 발전기모선에서 비교적 원거리에서 고장이 발생하면, 모선 전압 Vt≠0이고, 고장위치와 발전기 사이의 부하에 전력을 공급하므로 전기적출력(유효전력)은 감소하지만 영이 되지는 않는다(410).
전력시스템에서 운전되고 있는 각 발전기가 수용할 수 있는 수학식3으로 표현되는 가속에너지의 양은 한정되어 있는데, 이것은 발전기의 용량과 시스템조건에 따라서 다르다. 고장 발생 시 수용할 수 있는 에너지의 최소량은 발전기 모선(300)에 고장이 발생하였을 때인데, 이것은 도3에서 전기적출력(유효전력) Pe가 거의 0에 근접하여 있으므로 모든 가속에너지가 발전기내부에 축적되기 때문이다. 즉 짧은 시간에 발전기에 축적되는 에너지가 큰 값을 가지므로 수학식1로 표현되는 발전기 동요방정식에서 회전자속도(전력위상각 변화)가 순간적으로 빠르게 변화하고 발전기 동요에 민감하게 영향을 준다.
보통 한 발전소에는 다기의 발전기가 설비되어 있고, 이들은 모선을 통하여 도5와 같이 서로 병렬로 연결 되어 있다. 따라서 외란이 발생하였을 때, 대부분의 불평형 전력은 동일 모선에 연결된 발전기들에 분배된다. 그러므로 몇 기의 발전기들이 그룹을 이루어 운전되고 있는 실제 전력계통에서는 한 발전기의 출력신호에서 과도안정도를 판별하는 것은 어렵고, 그룹발전기들을 동시에 고려해야 한다.
도5에는 n기의 발전기(500)들이 각각 변압기와 차단기(530)를 포함한 선로를 통하여 발전기모선(540)과 연결되어 있고, 발전기 모선은 계통과 연결되어 있다. 발전기(500) 출력 측에 실시간으로 시각동기화 된 데이터를 취득할 수 있게 PMU(phase measurement unit)와 같은 시각동기화 장치(520)를 설치하고 취득된 데이터는 발전소 내부 네트워크(560)를 통하여 컴퓨터로 전송된다. 또한 과도상태에서 발전기를 탈락하여 고장이 파급되는 것을 방지하기 위하여 차단기(530)를 트립할 때 발전소 내부 네트워크(550)를 통하여 차단기에 제어신호가 입력된다.
도5에서와 같이 시각동기화 된 장치(520)로부터 실시간으로 취득한 이산데이터를 이용하여 과도안정도를 판단하기 위해서는 발전기그룹의 전력변화에 대해서 파악해야 한다. 다기 전력계통에서 i-번째 모선전압을 Vi=|Vi|∠θi라 하고, 모선 i-k 사이에 서셉턴스를 Bik라 하면, 동기화토크계수 Tik는 다음과 같이 정의된다.
Figure 112007023322126-pat00004
수학식 4에서 Vi와 θi는 각각 i-번째 모선전압과 위상각을 의미하고, Bik는 모선 i-k 사이에 서셉턴스를 의미한다.
동기화 토크 계수를 이용해서 유효전력의 변화를 나타내면 다음과 같다.
Figure 112007023322126-pat00005
수학식 5에서 Tik는 동기화토크계수를 나타내고 있고 Δδi는 위상각의 변화를 의미한다.
그러므로 i-번째 모선전력의 변화는 i-번째 모선에 연결된 다른 모선전압의 크기와 위상 및 서셉턴스에 영향을 받는다. 만일 i-번째 모선이 발전기 모선이라면, 모선전력은 발전기 출력이라 생각할 수 있으므로 모선전력의 변화는 발전기의 응동을 포함한다. n기로 구성된 발전기그룹에서 1번 발전기의 유효전력변화는 도6과 같이 나타낼 수 있다. 도6에서 ΔPL1는 입력부하의 변화이며, ΔPM1은 기계적 입력의 변화이고, GM1(s), GP1(s)는 각각 터빈/조속기와 발전기 모델의 전달함수이다. 그러므로 1번 발전기의 출력의 변화는 수학식 6과 같다.
Figure 112007023322126-pat00006
수학식 6에서 ΔP12는 2번 발전기의 위상각 변화에 의해서 변화되는 1번 발전기의 유효전력의 변화를 나타낸다.
1번 발전기와 동일한 모선에 연결되지 않고 큰 부하와 선로를 통하여 연결된 원거리의 다른 발전기들은 1번 발전기의 출력변화에 작은 영향을 준다. 수학식6에서 1번 발전기의 출력변동에 영향을 주는 i-번째 발전기의 변수는 동기화토크계수 T1i와 위상각의 변화가 있다. 1번 발전기와 큰 부하를 통하여 연결된 i-번째 발전기가 큰 부하와 네트워크를 통해서 연결되어 있으면, 두 발전기 사이에 서셉턴스 B1i가 거의 0에 가깝기 때문에 위상각의 변화에 상관없이 1번 발전기의 출력변동에 거의 영향을 주지 않는다. 따라서 발전기 출력변화는 동일 모선이나 작은 리액턴스로 연결된 발전기들끼리 서로 영향을 준다. 그러므로 이들 발전기들을 하나의 그룹으로 가정하면, 발전기그룹의 출력은 1기무한모선과 같다. 따라서 실시간으로 측정된 발전기 그룹의 출력으로부터 과도안정도를 판별할 수 있다.
각 발전기의 출력 변화는 다른 발전기의 위상과 동기화토크 계수에 영향을 받는다. 따라서 실시간으로 과도안정도를 해석하기 위해서는 다른 발전기의 위상을 알아야 하는데, 대규모 계통에서 원거리에 있는 다수의 발전기의 위상을 실시간으로 측정하는 것은 어렵다. 또한 과도안정도 문제는 광역의 문제가 아니라 지역적인 문제이므로 계통 전체에 포함되어 있는 모든 발전기를 고려할 필요가 없다. 보통 발전소에는 몇 기에서 수십 기의 발전기들이 동일 모선이나 인근 모선에 연결되어 있다. 이와 같은 발전기들은 유사한 동적특성을 포함하고 있다. 네트워크를 포함한 계통에 외란이 발생하였을 때, 발전기 출력의 변화는 발전기 모선에 연결된 다른 발전기의 위상에 가장 큰 영향을 받는다. 이것은 동일 모선에 연결된 발전기들이 동기화 토크가 크기 때문이다. 보통 발전기 그룹에서 전체 계통에 공급하는 유효전력은 계통 전체의 부하량에 비하면 작은 값이고, 또한 발전기들이 서로 병렬 연결되어 있으므로 위상이 동일하게 되는 방향, 즉 양의 동조(positive sync)가 되어 계통에 유효전력을 공급한다. 도5에서 각 발전기 출력 P1, P2, · · · , Pn의 합이 무한 모선에 공급되므로 그룹발전기 출력 Ps의 변화만큼 출력변화는 나누어진다.
Figure 112007023322126-pat00007
수학식 7에서 ΔPn은 n-번 발전기 유효전력의 변화를 의미한다.
그러므로 과도상태에서 각 발전기의 출력변화를 실측하면 그 합을 계산할 수 있으므로 네트워크로 공급하는 유효전력을 계산할 수 있다. 그리고 실측된 그룹 발전기의 출력은 1기 무한모선의 특성을 가지므로 이를 이용하여 과도안정도를 해석할 수 있다. 도7은 발전기 그룹의 유효전력을 나타낸 것이다.
도7과 같은 발전기 그룹의 출력에서 발전기 그룹의 과도안정도를 실시간으로 판단하기 위하여 먼저 가속 및 감속에너지와 순가속 및 순감속에너지를 정의한다.
가속에너지는 전기적출력(유효전력)이 기계적입력보다 작은 경우(Pe<Pm) 누적되는 에너지이고, 감속에너지는 전기적출력(유효전력)이 기계적입력보다 큰 경우(Pe>Pm)에 발전기 회전자에 누적되는 에너지이다. 발전기는 과도상태에서 감속과 가속을 교번하므로 교번하는 시간구간에 따라서 가속 및 감속에너지를 세분한다. 도7에 나타난 시간구간을 이용해서 감속에너지와 가속에너지를 정의한다. 먼저 면적 A를 초기가속에너지라 하고, B, C를 각각 제1감속에너지와 제1가속에너지라 한다. 그리고 D, E를 각각 제2감속에너지와 제2가속에너지라 한다. 이들 각 에너지는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112008048632421-pat00008
수학식 8에서 Pa는 가속력을 의미하며 Anet는 초기순가속에너지를 의미한다.
Figure 112008048632421-pat00009
수학식 9에서 Pa는 가속력을 의미하며 Bnet는 제1순감속에너지를 의미한다.
Figure 112008048632421-pat00010
수학식 10에서 Cnet는 제1순가속에너지를 나타낸다.
Figure 112008048632421-pat00011
수학식 11에서 Dnet는 제2순감속에너지를 나타낸다.
Figure 112008048632421-pat00012
수학식 12에서 Enet는 제2순가속에너지를 나타낸다.
발전기에 순수하게 누적되는 순에너지(net energy)는 현재의 가속(감속)에너지에서 전 단계의 순에너지를 감산한 값으로 정의한다. 순가속에너지와 순감속에너지가 교번으로 나타나므로 이들을 순에너지로 표현한다. 도7에 나타난 시간구간을 이용해서 순감속에너지와 순가속에너지를 정의한다. 먼저 면적 A(Anet)를 초기순가속에너지라 하고, Bnet, Cnet를 각각 제1순감속에너지와 제1순가속에너지라 한다. 그리고 Dnet, Enet를 각각 제2순감속에너지와 제2순가속에너지라 하면 순에너지는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112007023322126-pat00013
Figure 112007023322126-pat00014
Figure 112007023322126-pat00015
Figure 112007023322126-pat00016
Figure 112007023322126-pat00017
도8에는 발전기그룹 출력 PS의 파형에서 시간구간에 따라 누적되는 감속에너지와 가속에너지 그리고 순에너지를 나타내고 있다. 순에너지는 교번으로 나타나는 순가속에너지와 순감속에너지를 의미한다.
한편 그룹발전기 출력으로부터 과도안정도를 판별할 때, 과도불안정으로 발전기가 탈조할 수 있는 유형은 두 가지로 분류할 수 있다. 도9에 나타난 것과 같이 첫 번째는 초기외란이 매우 커서 즉시 탈조하는 경우(910)이고, 두 번째는 과도안정도 여유가 작아서 진동 후 발산하는 경우(920)로 분류할 수 있다.
발전기 출력 곡선의 특성과 순에너지를 이용하면 실시간으로 과도안정도를 판별할 수 있다. 먼저 도9에서와 같이 초기외란이 큰 경우(910)는 즉시 발산하는데 이 경우에는 초기순에너지가 제1감속에너지보다 큰 경우이다. 초기가속에너지가 제1감속에너지보다 큰 값이므로 발전기 내부에는 가속에너지만 존재하므로 수렴하지 못하고 발산한다. 따라서 이와 같은 경우 과도불안정으로 판별할 수 있다.
Figure 112007023322126-pat00018
수학식 18에서 Anet는 초기순가속에너지를 의미하고 B는 제1감속에너지를 의미한다.
외란이 발생한 후, 과도상태에서 발전기가 안정운전을 지속하기 위해서는 초기가속에너지가 제1감속에너지보다 작은 값을 가지고 있어야 한다. 그러나 초기가속에너지가 제1감속에너지보다 작은 값을 가지고 있어도 진동이 지속적으로 커져 결국 발전기가 탈조되는 경우(920)가 있다. 이러한 경우 발전기 내부에 누적되는 가속에너지와 감속에너지가 점점 커져서 발전기는 수렴하지 못하고 발산한다. 이 경우에는 순가속에너지와 순감속에너지를 비교하여 과도안정도를 판별할 수 있다. 초기 순가속에너지가 제1순가속에너지보다 작은 경우에는 발전기 내부에 누적되는 가속에너지가 증가하므로 발전기는 불안정하게 된다.
Figure 112007023322126-pat00019
수학식 19에서 Anet와 Cnet는 각각 초기순가속에너지와 제1순가속에너지를 의미한다.
그리고 제1순감속에너지가 제2순감속에너지보다 작은 경우에는 발전기 내부에 누적 감속에너지가 증가하므로 이 경우에도 발전기는 불안정하게 된다.
Figure 112007023322126-pat00020
수학식 20에서 Bnet와 Dnet는 각각 제1순감속에너지와 제2순감속에너지를 의미한다.
지금까지 설명한 순에너지에 의한 과도안정도 판별을 일반화 한다. 도10에서 고장발생 후 발전기가 가속되어 내부에 축적된 초기순가속에너지를 a(Anet)라 한다. 고장을 제거하면 발전기는 감속되고 발전기내부에 축적되는 에너지는 b를 지나 c(Bnet)에 이르게 된다. c는 순 누적감속에너지가 된다. 다시 발전기는 가속되기 시작하고 b를 지나서 d(Cnet)에 이르게 되어 점점 순에너지가 작아지고 발전기 그룹은 안정운전을 한다. 그림에서 a, d는 순가속에너지를 의미하고, c, e는 순감속에너지를 의미한다.
순에너지가 최대인 시간을 t1, t2, …tn이라하고, 각각의 시간에서 누적순가속에너지와 누적순감속에너지를 각각 Eacc와 Edcc라 하면, 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008048632421-pat00021
수학식 21에서 Pa는 가속력을 의미하며 Edcc는 누적순감속에너지를 나타낸다.
Figure 112007023322126-pat00022
수학식 22에서 Pa는 감속력을 의미하며 Eacc는 누적순가속에너지를 나타낸다.
이들로부터 과도안정도를 판별할 수 있는 일반식을 얻을 수 있다. 누적순가속에너지의 시간에 대한 미분(810)이 0보다 크거나, 순 감속에너지의 시간에 대한 미분(820)이 0보다 크면 과도불안정하다고 판별할 수 있다.
Figure 112007023322126-pat00023
Figure 112007023322126-pat00024
또한 실시간 과도안정도 여유(real time transient stability margin)는 각각의 누적순가속에너지의 변화율에서 계산할 수 있다. 순에너지의 변화율이 0일 때(dEacc/dt=0, dEdcc/dt=0)까지 에너지를 증가할 수 있다. 그러므로 과도안정도 여유 M은 수학식 27과 같이 가속에너지변화와 감속에너지변화 중에서 작은 값으로 선택할 수 있다.
Figure 112008048632421-pat00025
수학식 25에서 Eacc는 누적순가속에너지를 나타낸다.
Figure 112008048632421-pat00026
수학식 26에서 Edcc는 누적순감속에너지를 나타낸다.
Figure 112007023322126-pat00027
비선형시스템의 안정도 해석 이론인 리아푸노프(Lyapunov) 제2 안정도정리는 dx/dt=f(x,t), f(0,t)=0로 표현되는 비선형함수에서 연속이고 일차편도함수를 가지는 스칼라함수 V(x,t)가 존재하여 V(x,t)는 양의한정(positive definite), dV(x,t)/dt는 음의한정(negative definite)이면, 원점의 평형상태는 점근안정하다고 판별한다. 상기에서 기술한 실시간 과도안정도를 판별하는 조건은 리아푸노프 제2 안정도정리를 만족한다.
본 발명은 상기 발전기 내부에 축적되는 순에너지에 의해서 실시간 과도안정도를 판별하는 방법에 관한 것이다. 지금까지 발전기 그룹의 출력신호에서 순에너지를 이용하여 과도안정도를 판별하는 방법에 대해서 설명하였다. 다음은 실시간으로 측정한 출력이 과도불안정으로 판단될 때, 탈락시킬 발전기와 과도안정도에 대해서 설명한다.
실시간 전력계통에서 순시치 전압과 전류를 비롯하여 다양한 형태의 데이터를 취득할 수 있다. 과도안정도는 보통 수 사이클(cycle, 1cycle=1/60초) 이내에 해석해야 하므로 실시간 과도안정도 해석에서 데이터 취득은 최소 1 사이클 이하로 취득해야 한다.
만일 전력계통에서 실시간 데이터를 1 사이클 이하로 샘플링 하였을 때, 고장이 판단되면 즉시 발전기 회전자에 축적되는 에너지를 실시간으로 계산할 수 있다. 실시간으로 취득한 데이터는 이산치이므로 Pa[n]을 n-번째 데이터에서 계산한 가속력이라 하면, 이산데이터에서 에너지는 수학식28로 계산할 수 있다.
Figure 112008048632421-pat00028
수학식 28에서 Pa[n]은 n-번째 데이터에서 계산한 가속력을 나타낸다. 그리고, N은 과도상태 후 취득한 데이터 수이고, Δt는 샘플링 구간이다. 그러므로 실시간 과도안정도는 수학식28에서 계산한 에너지와 상기한 순에너지에 의한 과도안정도 판별법을 이용해서 판별할 수 있다.
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전력시스템에서는 동일 모선이나 인근 모선에 몇 기의 발전기들이 병렬로 연결되어 운전하고 있다. 동일 모선이나 인근 모선에 다기발전기가 병렬 운전될 때, 특정발전기가 과도불안정상태에 이르면 특정발전기를 제거해야 한다. 병렬 운전의 특성상 과도불안정에 이르면 다른 발전기들과 동시에 동기탈조를 유발하기 때문이다. 이때 탈락시켜야 할 발전기는 발전기 내부에 축적된 가속(감속)에너지가 가장 큰 발전기를 선택해야 다른 발전기 그룹의 탈조를 방지하는데 효과가 크다. 이것은 발전기 그룹의 전체 가속에너지에서 가장 큰 가속에너지를 제거하면 전체가속에너지는 상대적으로 크게 감소하고 또한 임계가속에너지에 대한 여유가 증가하기 때문이다.
전력계통에서 각 발전기들은 상호 영향을 주고받으면서 안정한 동작점에서 운전되고 있기 때문에 네트워크 구조나 고장의 위치에 따라서 각 발전기가 수용할 수 있는 에너지는 다르다. 따라서 각 발전기의 응동은 도11과 같이 다르게 나타나므로 그룹발전기의 과도안정도에 가장 큰 영향을 주는 발전기를 선택해야 한다. 만일 시간 tn에서 i-번째 발전기의 누적에너지를 Ei[tn]이라 하면, 수학식 29와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008048632421-pat00029
수학식 29에서 Ei[tn]은 시간 tn에서 i-번째 발전기의 누적에너지를 의미한다.
과도불안정시 실시간으로 탈락시킬 발전기를 선택하기 위해서 가속에너지나 감속에너지가 가장 큰 발전기를 선택하는 것이 다른 발전기들의 과도불안정을 억제하는데 유리하다. 즉, 발전기 내부에너지의 변동이 가장 큰 발전기를 탈락하면 그룹발전기에 누적되는 에너지는 탈락시킨 용량만큼 감소한다. 따라서 탈락 발전기는 다음과 같이 최대에너지를 갖는 발전기를 선택할 수 있다.
Figure 112008048632421-pat00030
수학식 30에서 Ei[tn]은 시간 tn에서 i-번째 발전기의 누적에너지를 의미하고 Si는 탈락시킬 발전용량을 의미한다.
도11에서 1번 발전기(1110)와 2번 발전기(1120)가 응동하고 있을 때, 상기와 같이 그룹발전기의 출력(1130)으로부터 과도 불안정을 판단한다. 과도불안정이라 판단될 때, 탈락발전기는 Ei[tn]이 가장 큰 발전기를 선택하므로 시간구간 t1~ta 사이에 1번 발전기의 감속에너지가 2번 발전기의 감속에너지보다 큰 값이므로 탈락시킬 발전기로 1번 발전기(1110)를 선택할 수 있다.
[실시예1]
이하는 상기한 본 발명의 내용을 실시예를 들어 설명한다. 도12는 6기의 발전기가 2기씩 동일 모선에 연결되어 있고, 발전기모선과 발전기모선이 2회선으로 연결되어 있으며 각 모선은 각각 부하모선에 연결되어 있는 계통의 단선도이다. 발전기 모선(1200)에 고장이 발생하여 8사이클(8/60초) 동안 지속하였을 때, 그룹발전기의 출력과 가속 및 감속에너지는 도13에 나타나있다. 도13에서 Power는 그룹발전기의 유효전력이므로 발전기 G1~G6의 유효전력의 합이다. 도13의 그룹발전기의 유효전력으로부터 그룹발전기의 동적상태는 안정으로 판단할 수 있다.
도14에는 1번발전기의 출력과 가속 및 감속에너지를 나타내고 있으며, 도15에는 5번발전기의 출력과 가속 및 감속에너지를 나타내고 있다. 도14에 나타나있는 1번발전기의 초기상태에서는 1번 발전기는 불안정하다. 그러나 도13의 그룹발전기 출력이 안정하므로 8사이클에서 1-6번 발전기는 안정운전을 지속할 수 있다.
도16에는 발전기 모선(1200)에 고장이 발생하여 8.1사이클(8.1/60초) 동안 지속하였을 때, 그룹발전기의 출력과 가속 및 감속에너지를 나타내고 있는데, 초기순가속에너지 보다 제1순감속에너지가 작으므로 발전기들이 발산하고 있음을 알 수 있다.
상기한 도13-도16에 나타난 가속에너지와 감속에너지로부터 순가속 및 순감속에너지 계산하여 정리한 결과를 도17에 나타내었다. 먼저 8사이클 동안 고장이 지속된 경우 초기순가속에너지(Anet)는 3.9207이고 제1순가속에너지(Cnet)는 2.3795이다. 그리고 제1순감속에너지(Bnet)는 2.8497이고 제2순감속에너지(Dnet)는 1.4968이다. 이 값들은 수학식18과 수학식19, 수학식20을 만족하므로 그룹발전기 G1~G6는 안정운전을 지속할 수 있을 것으로 판단할 수 있고 따라서 8사이클에서 과도안정하 다. 반면에 고장이 8.1사이클 동안 지속된 경우 초기순가속에너지는 4.1591이고 제1순가속에너지는 9.1442이다. 그리고 제1순감속에너지는 3.1017이고 제2순감속에너지는 8.5378이다. 과도안정여부를 판단하는 수학식18과 수학식19, 수학식20을 만족하지 못하므로 그룹발전기 G1~G6는 8.1사이클 동안 고장이 지속되면 과도불안정하다고 판단할 수 있다.
도17에 나타난 결과에서 과도불안정시 탈락시킬 발전기를 결정할 수 있다. 고장을 판단한 순간에 초기가속에너지나 제1감속에너지가 가장 큰 발전기를 탈락시킬 발전기로 선택할 수 있다. 보통 초기가속에너지가 큰 값을 가지면 제1감속에너지도 가장 큰 값을 가진다. 도17에서 8사이클일 경우 1번발전기 G1의 초기가속에너지와 제1감속에너지는 각각 0.3035, 0.4239이고, 5번발전기 G5의 초기가속에너지와 제1감속에너지는 각각 1.4474, 2.5979이다. 5번발전기의 가속 및 감속에너지가 1번발전기의 누적에너지보다 훨씬 큰 값을 가지고 있다. 따라서 5번발전기를 탈락시킬 발전기로 선택할 수 있다.
[실시예2]
전력시스템에서 실시간으로 측정된 이산치 신호가 연속적으로 입력될 때, 입력된 신호가 정상상태인지 아니면 고상상태인지를 판단해야한다. 과도안정도는 매우 빠른 해석시간을 요구하므로 복잡한 계산 알고리즘으로 고장판단을 수행하는 것은 어렵다. 따라서 단순한 신호해석기법을 적용해서 고장여부를 판단해야 한다. 본 발명에서는 고장 여부를 판단하는데 있어 주어진 이산데이터에서 최소의 데이터수 와 계산량으로 고장을 판단하는 방법을 위하여 표준편차 σ를 도입하였다.
Figure 112007023322126-pat00031
수학식 31에서 N은 데이터 수이고, m은 N개로 샘플링 한 유효전력의 평균이며, Pe[n]는 n-번째 데이터의 유효전력을 의미한다. 데이터 수 N은 샘플링 구간에 따라 임의로 설정할 수 있으나 0.01초의 샘플링 구간에서 N=10개 이상으로 선택하면 고장 구별이 가능하다. 상기 수학식31에서는 n-번째 유효전력에 대한 표준편차를 정의하였으나 이를 가속력 Pa에 대한 표준편차를 이용해도 동일한 결과를 얻을 수 있다. 가속력 N개에 대한 평균을 ma라 할 때, 가속력에 대한 표준편차는 수학식32와 같다.
Figure 112007023322126-pat00032
수학식 32에서 N은 데이터 수이고, ma는 가속력 N개에 대한 평균이다.
도19에는 이산데이터에서 과도상태 전후의 데이터를 나타낸 것으로 표준편차1은 n=k~k+9까지 10개의 데이터에 대한 표준편차이고, 표준편차2는 표준편차1의 데이터에서 1개의 데이터가 이동된 데이터에 대한 표준편차이다. 만일 k+10번째 데이터가 과도상태가 직후 데이터라면 표준편차1은 과도상태 직전의 표준편차를 의미하고, 표준편차2는 과도상태 직후 1개의 데이터가 포함된 표준편차를 의미한다. 도19에서 과도상태 직후 1개의 데이터가 포함된 데이터의 표준편차가 1.5773으로 다른 표준편차와 비교하면 매우 큰 값을 가지고 있어 선별성이 뛰어남을 알 수 있다. 따라서 발전기 모선의 심각한 고장이 아닌 경우에도, 쉽게 고장여부를 판단할 수 있다.
도5에서 기술한 시각동기화장치(520)로부터 취득한 데이터는 GPS에서 받은 신호로 시각을 동기시키므로 정확한 시간이다. 그러나 일반적인 데이터취득장치에서 취득한 시각신호는 시각동기화장치(520)의 시간과는 수초의 차이가 발생할 수 있다. 따라서 시각동기화장치(520)의 시간과 일반적인 데이터취득장비에서 취득한 시간을 일치시키는 것이 필요하다.
본 발명에서는 상기한 표준편차를 이용해서 두개이상의 신호에서 정확한 시간을 일치시키는 시각동기화 방법을 개발하였다. 도20에서와 같이 시각동기화 된 장치에서 취득한 시간 t0에서 고장이 발생하였을 때, 상기와 같은 표준편차가 매우 큰 값이 발생한다. 따라서 실측한 다른 이산데이터에 대해서도 동일하게 표준편차를 계산하여 표준편차가 가장 큰 시간 tsync을 상기에서 계산한 시간 t0와 동일한 시간으로 설정함으로써 시각비동기 된 데이터를 시각동기화 할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명은 특정 실시예를 예시하여 설명하지만 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지로 변형된 실시예도 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 전력시스템에서 실시간으로 과도안정도를 판별하고 고장이 파급되는 것을 방지하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 실시간으로 시각동기화 된 실측한 전압 전류로부터 데이터가 입력된 사이클 마다 과도안정도를 판별할 수 있어, 다른 발전기로 심각한 고장이 파급되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로 보다 안정적이고 양질의 전력을 생산, 공급할 수 있다. 그리고 불필요한 발전기 정지 피할 수 있고, 대규모 정전 등을 예방할 수 있어 경제, 사회적인 막대한 전력시스템 운용 비용을 절감할 수 있다.

Claims (7)

  1. 실시간으로 시각동기 된 측정신호를 이용하여 전력시스템의 과도안정도를 판별하고 고장이 파급되는 것을 방지하는데 있어서,
    실시간으로 각 발전기의 시각동기 된 이산치 전압과 전류 및 기계적 입력을 취득하여 각 발전기의 유효전력(Pe)을 계산하는 스텝과,
    상기 계산된 각 발전기의 유효전력(Pe)을 모두 합산하여 그룹발전기의 유효전력(Ps)을 계산하고 고장을 판단하는 스텝과,
    고장이라 판단되면 각 발전기의 기계적 입력(Pm)과 유효전력(Pe)의 편차를 계산하여 기계적 입력이 유효전력(Pe)보다 크면 가속력(Pa)이라 판단하고, 기계적 입력이 유효전력(Pe)보다 작으면 감속력(Pa)이라 판단하는 스텝과,
    상기 가속력과 감속력을 각각 일정시간동안 적분하여 가속에너지와 감속에너지를 계산하는 스텝과,
    상기 계산된 가속에너지와 감속에너지에서 초기가속에너지와 제1감속에너지를 비교하여 초기가속에너지가 제1감속에너지보다 크면 과도불안정으로 판단하여 발전기를 탈락하는 스텝과,
    상기 초기가속에너지와 제1감속에너지 및 탈락발전기번호를 출력 및 저장하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력시스템에서 시각동기화 된 측정신호를 이용한 실시간 과도안정도 판별과 고장파급방지법.
  2. 실시간으로 시각동기 된 측정신호를 이용하여 전력시스템의 과도안정도를 판별하고 고장이 파급되는 것을 방지하는데 있어서,
    실시간으로 각 발전기의 시각동기 된 이산치 전압과 전류 및 기계적 입력을 취득하여 각 발전기의 유효전력을 계산하는 스텝과,
    상기 각 발전기의 유효전력(Pe)을 모두 합산하여 그룹발전기의 유효전력(Ps)을 계산하고 고장을 판단하는 스텝과,
    고장이라 판단되면 기계적 입력(Pm)과 유효전력(Pe)의 편차로부터 가속력(Pa) 과 감속력(Pa)을 계산하고 설정시간동안 적분하여 가속에너지와 감속에너지를 계산하는 스텝과,
    상기 계산한 가속(감속)에너지에서 이전 시간에서 계산하여 저장된 순감속(가속)에너지를 감산하여 순가속(감속)에너지를 계산하는 스텝과,
    상기 순가속(감속)에너지의 미분을 계산하여 미분이 0보다 크거나, 현재 순가속에너지(순감속에너지)가 전단계 순가속에너지(순감속에너지)보다 크면 과도불안정으로 판단하여 발전기를 탈락하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력시스템에서 시각동기화 된 측정신호를 이용한 실시간 과도안정도 판별과 고장파급방지법.
  3. 실시간으로 시각동기 된 측정신호를 이용하여 과도안정도 여유를 계산하는데 있어서,
    그룹발전기의 순가속에너지 편차를
    『
    Figure 112008048632421-pat00035
    』로부터
    계산하는 스텝과,
    그룹발전기의 순감속에너지의 편차를
    『
    Figure 112008048632421-pat00036
    』로부터
    계산하는 스텝과,
    상기 계산된 순가속에너지 편차와 순감속에너지 편차들 중에서 작은 값을 과도안정도 여유로 선택하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력시스템에서 시각동기화 된 측정신호를 이용한 실시간 과도안정도 판별과 고장파급방지법.
    단, 상기에서 tn은 n-번째 최대가속(감속)에너지가 발생한 시간이고, Eacc(tn)은 n-번째 순가속에너지이고, Edcc(tn)은 n-번째 순감속에너지이고, ΔEacc(tn)는 n-번째 순가속에너지의 편차이고, ΔEdcc(tn)는 n-번째 순감속에너지의 편차이다.
  4. 제1항에 있어서,
    발전기를 탈락하는 스텝은,
    실시간으로 취득된 이산치 전압과 전류로부터 각 발전기의 유효전력과 초기가속에너지를 계산하고 저장하는 스텝과,
    상기 저장된 각 발전기의 초기가속에너지가 가장 큰 발전기를 탈락시킬 발전기로 선택하는 스텝과,
    상기 선택된 탈락시킬 발전기의 차단기에 차단신호를 입력하여 발전기를 탈락하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력시스템에서 시각동기화 된 측정신호를 이용한 실시간 과도안정도 판별과 고장파급방지법.
  5. 제2항에 있어서,
    발전기를 탈락하는 스텝은,
    실시간으로 취득된 이산치 전압과 전류로부터 각 발전기의 유효전력과 가속에너지 및 감속에너지를 계산하여 저장하는 스텝과,
    과도불안정이라 판단된 순간 전 단계에서 계산하여 저장된 가속에너지 또는 감속에너지가 가장 큰 발전기를 탈락시킬 발전기로 선택하는 스텝과,
    상기 선택된 탈락시킬 발전기의 차단기에 차단신호를 입력하여 발전기를 탈락하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력시스템에서 시각동기화 된 측정신호를 이용한 실시간 과도안정도 판별과 고장파급방지법.
  6. 제1항에 있어서,
    고장을 판단하는 스텝은,
    실시간으로 취득된 이산치 전압과 전류로부터 유효전력을 계산하는 스텝과,
    상기 계산된 유효전력을 포함한 이전 시간에서 계산한 N개의 유효전력들에 대한 시계열데이터에서 표준편차를 계산하는 스텝과,
    상기 계산한 표준편차와 직전 시간에서 계산한 표준편차의 비가 설정 값 이상이면 고장이라 판단하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력시스템에서 시각동기화 된 측정신호를 이용한 실시간 과도안정도 판별과 고장파급방지법.
  7. 실시간으로 시각동기 된 측정신호를 이용하여 전력시스템의 과도안정도를 판별하고 고장이 파급되는 것을 방지하는데 있어서,
    실시간으로 시각동기(time synchronization) 된 이산치 전압, 전류를 취득하여 발전기의 유효전력을 계산하는 스텝과,
    상기 계산된 발전기의 유효전력과 이전 시간에서 계산한 N-개의 유효전력들에 대한 시계열데이터의 표준편차를 계산하는 스텝과,
    상기 표준편차가 이전 단계에서 계산한 표준편차보다 설정치 이상으로 크면, 시각동기 된 신호의 시각을 저장하는 스텝과,
    실시간으로 시각비동기(time non-synchronization) 된 이산치 전압, 전류를 취득하여 발전기의 유효전력을 계산하는 스텝과,
    상기 계산된 발전기의 유효전력과 이전 시간에서 계산한 N-개의 유효전력들에 대한 시계열데이터의 표준편차를 계산하는 스텝과,
    상기 표준편차가 이전 단계에서 계산한 표준편차보다 설정치 이상으로 크면, 시각비동기 된 신호의 시각을 시각동기 된 신호에서 저장된 시각으로 치환하여 시각을 동기화 하는 스텝과,
    상기 시각동기 시간과 표준편차를 출력 및 저장하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력시스템에서 시각동기화 된 측정신호를 이용한 실시간 과도안정도 판별과 고장파급방지법.
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