KR101231705B1 - 거리계전기 정정치 유효성 검증 방법 - Google Patents

거리계전기 정정치 유효성 검증 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 거리계전기 정정치 유효성 검증 방법에 관한 것으로서, (a) 현재 전력계통의 송전선로에 대한 고장 계산을 수행하는 단계; (b) 상기 단계에서 얻어진 고장 계산을 통해 현재 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정치를 구하는 단계; (c) 해당 선로의 이전 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정치와 현재 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정치를 비교하는 단계; 및 (d) 상기 비교에서 두 정정치간 오차가 미리 정해진 오차한계를 초과하는 경우 당해 지역을 거리계전기 Zone 3 재정정 지역으로 설정하는 단계를 포함하며, 거리계전기 Zone 3 정정치에 대한 유효성을 검증한 후 재정정을 실시함으로써 거리계전기의 오동작 및 오부동작을 방지하고 대정전을 사전에 방지할 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Description

거리계전기 정정치 유효성 검증 방법{Validity verification method for setting determination of distance relay setting }
본 발명은 거리계전기 정정치에 대한 유효성을 검증하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 후비보호 목적인 거리계전기의 Zone 3 리치 오동작과 오부동작을 방지하여 대정전을 조기에 예방할 수 있는 거리계전기 정정치 유효성 검증 방법에 관한 것이다.
산업의 발전과 더불어 전력계통 시설이 빠르게 변하고 있다. 특히 녹색성장의 관점에서 신재생 에너지원의 전력계통 병입 혹은 계통 연계 등으로 인해 과거에는 크게 변하지 않았던 후비 보호계전기의 정정치가 크게 변화하고 있다.
후비 보호계전기인 거리계전기는 계전기의 설치점으로부터 단락 또는 지락점의 방향과 고장 발생점까지의 전기적 거리를 판별하여 고장구간의 전류를 차단하도록 동작한다. 그런데 전력계통의 변화에 의해 거리계전기가 사고가 아닌 중부하에 의해 동작하거나, 거리계전기의 동작범위가 정정범위에 미치지 못하는 언더리치(under reach) 현상 또는 동작범위가 정정범위를 넘어서는 오버리치(over reach) 현상이 발생하여 오부동작의 원인이 되고 있다.
거리계전기는 설치점과 바로 연결된 선로에 대한 Zone 1, 2, 그리고 다음 선로까지 고려한 Zone 3으로 구분할 수 있다. 통상 Zone 1은 보호대상에 대하여 80%~85% 구간, Zone 2는 120%~150% 구간, Zone 3는 약 230% 구간의 시한차로 보호한다. 거리계전기의 정정은 설치점에서 보는 동작한계가 되는 구간까지 정상 임피던스를 기본으로 정해진다. 거리계전기 Zone 1은 계통의 변화에 관계없이 정정이 가능하고, Zone 2는 계통의 변화에 따른 정정치 변화가 크지 않다. 하지만 계통에 변화가 발생할 경우 Zone 3 정정치는 달라질 수 있다.
2003년 미국 대정전 사고에서, 만약 거리계전기가 Zone 3에서 정상 동작하였다면 사고 구간에 대한 부하 차단이 적시에 이루어져 광역정전의 정전 범위를 줄일 수 있었을 것이라고 분석하고 있다.
즉, 거리계전기 Zone 3 정정치는 전력계통의 변화에 대응하여 재정정할 필요가 있다. 그러나 거리계전기 Zone 3 정정을 수시로 실시하기 위해서는 광범위한 계통의 데이터가 필요하며, 현재까지의 시스템에서는 Zone 3 정정을 수시로 재정정하지 못하는 문제가 있다. 또한 거리계전기 Zone 3의 정정을 수시로 수행하기 위해서는 재정정 값이 유효한지 여부에 대하여 검증하는 수단이 필요하다.
본 발명은 현재 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정정치와 과거 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정치를 비교하여 거리계전기 정정치의 유효성을 검증함으로써, 거리계전기의 Zone 3 리치 오동작과 오부동작을 방지하고 그에 기인한 대정전을 조기에 예방할 수 있는 거리계전기 정정치 유효성 검증 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 거리계전기 정정치 유효성 검증 방법은, (a) 현재 전력계통의 송전선로에 대한 고장 계산을 수행하는 단계; (b) 상기 단계에서 얻어진 고장 계산을 통해 현재 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정치를 구하는 단계; (c) 해당 선로의 이전 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정치와 현재 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정치를 비교하는 단계; 및 (d) 상기 비교에서 두 정정치간 오차가 미리 정해진 오차한계를 초과하는 경우 당해 지역을 거리계전기 Zone 3 재정정 지역으로 설정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 거리계전기 정정치 유효성 검증 방법은, 상기 거리계전기 Zone 3 재정정 지역을 화면 표시하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리계전기 정정치 유효성 검증 방법은, 상기 단계 (a)는, (a-1) 현재 전력계통의 위상구조(Topology) 정보와 계통 파라미터를 취득하는 단계; (a-2) 위상측정기(PMU)로부터 전압 및 전류의 위상을 실시간으로 취득하는 단계; (a-3) 상기 위상구조 정보, 계통 파라미터 및 위상 실시간 데이터로부터 현재 전력계통의 실시간 상태를 추정하는 단계; 및 (a-4) 상기 단계 (a-3)에서 추정된 현재 전력계통의 실시간 상태로부터 현재 전력계통의 송전선로에 대한 고장 계산을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 거리계전기 정정치 유효성 검증 방법에 따르면, 현재 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정치와 이전 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정치를 비교하여 정정치에 대한 유효성을 검증함으로써, 광역 정전 사례에서 큰 비중을 차지하는 후비 보호용 거리계전기 Zone 3 요소의 신뢰성을 높이고 대규모 정전 사태를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에서 현재 계통의 선로 고장을 계산하는 과정을 보인 흐름도,
도 2는 본 발명에 따른 Zone 3 정정치 유효성 검증 과정을 보인 흐름도,
도 3은 Zone 3 유효성 검증 결과를 화면 표시하는 예를 보인 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 거리계전기 정정치 유효성 검증 방법은 현재 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정치와 이전 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정치를 비교하여 정정치의 유효성을 검증하고, 상기 비교에서 오차가 크게 발생할 경우 당해 지역을 Zone 3 재정정 지역으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
과거 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정치는 "한국전력공사"에서 운영중인 웹 기반 계통보호 통합지원 시스템인 i-PAS(integrated Protection Assistance System)로부터 취득할 수 있다.
현재 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정치는 다양한 방법으로 취득할 수 있을 것이다. 예를 들어 통상 알려진 고장 상태 추정 방법 등이 이용될 수 있다. 그리고 현재 계통의 고장 상태를 추정하여 송전선로에 대한 고장 계산을 수행하며, 이는 현재 전력계통의 Zone 3 정정치를 구하는데 이용된다.
본 실시예에서는 EMS(Energy Management System)의 상태 추정 데이터와 PMU(Phasor Measurement Unit) 데이터를 이용하여 현재 계통의 송전선로 고장 계산하는 과정을 예시하여 설명한다.
도 1은 본 발명에서 현재 계통의 선로 고장을 계산하는 과정을 보인 흐름도이다. 이를 참조하면, 현재 전력계통의 위상구조(Topology) 정보와 계통 파라미터를 취득하는 것으로 단계가 시작된다(ST110).
선로나 변전소에 관한 현재 계통의 Topology 정보 계통 파라미터(임피던스)는 전력거래소에서 설치 운영중인 EMS의 상태추정 데이터로부터 취득할 수 있다. 당업계에서 알려진 Topology 프로세싱 알고리즘을 이용하여 Topology 정보로부터 송전선로 고장 계산을 수행하는 것이 가능하다. 하지만, 본 발명은 현재 계통의 Zone 정정치를 보다 정확하게 구하기 위하여, PMU 데이터를 함께 이용한다.
도 1을 참조하면, PMU로부터 전압 및 전류의 위상에 관한 실시간 데이터를 취득한다(ST120). PMU는 전력계통의 "health meter"로서, 전력계통의 위상(Phasor) 정보를 수 초 단위로 측정한다. 개발중인 PMU는 초당 여러번의 정보 제공이 가능할 것으로 보여진다. 이러한 PMU는 현재 전력계통에 대한 위상 정보를 실시간으로 판단하는 것을 가능하게 한다.
다음 단계에서, 위상구조(Topology) 정보 및 계통 파라미터와 위상 정보로부터 현재 전력계통의 실시간 상태를 추정한다(ST130). 단계 ST130의 실시간 상태 추정은 이종의 데이터들을 병합하여 계통의 상태를 추정하는 것으로서, 실측치에 가까운 데이터를 추정할 수 있다.
이제 현재 전력계통의 실시간 상태로부터 현재 전력계통의 송전선로에 대한 고장 계산을 수행한다(ST140).
도 2는 본 발명에 따른 Zone 3 정정치 유효성 검증 과정을 보인 흐름도이다. 이를 참조하여, 본 발명의 거리계전기 Zone 3 유효성 검증 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 거리계전기 Zone 3 유효성 검증에 앞서, 서두에 언급한 바와 같이 과거 전력계통의 Zone 3 정정치를 취득한다(ST200). 일예로서, 대한민국에서는 "한국전력공사"에서 운영중인 i-PAS로부터 과거 전력계통의 Zone 3 정정치를 취득한다.
본 발명에 따른 Zone 3 정정치 유효성 검증은 현재 전력계통의 송전선로에 대한 고장 계산을 수행하는 것으로 단계가 시작된다(ST210). 현재 전력계통의 송전선로에 대한 고장 계산의 실시예는 도 1을 참조하여 설명한 바 있다.
현재 전력계통의 송전선로 고장을 계산하면, 이를 바탕으로 현재 전력계통의 Zone 3 정정치를 구한다(ST220). 그리고 단계 ST200에서 취득한 과거 전력계통의 Zone 3 정정치와 현재 전력계통의 Zone 3 정정치를 비교한다(ST230).
이때, 거리계전기의 정정치에 대하여 재정정이 필요한 오차 한계를 "α"라고 하고, 두 정정치의 오차를 "θ"라고 한다면, 단계 ST230에서는 두 정정치간 오차(θ)가 재정정이 필요한 오차 한계(α)를 초과하는지 여부(α<θ ?)를 판단한다.
만약, 두 정정치의 오차가 재정정이 필요한 오차 한계보다 작다면, 이는 Zone 3 정정치를 재정정할 필요가 없음을 의미한다. 따라서 단계 ST240에서 재정정 필요 없음으로 인식하고 단계를 종료한다.
만약, 두 정정치의 오차가 재정정이 필요한 오차 한계보다 크다면, 이는 과거 전력계통의 Zone 3 정정치가 현재 전력계통의 Zone 3 정정치로 재정정되어야 함을 의미한다. 따라서 단계 ST250에서 당해 지역을 재정정 지역으로 설정한다(ST250). 여기서 당해 지역이라 함은 Zone 3 정정치를 재정정해야 하는 당해 거리계전기가 보호하는 지역을 의미한다.
거리계전기 정정치가 재정정되어야 하는 지역에 대하여는 Zone 3 재정정 지역을 화면 표시한다(ST260). 도 3은 Zone 3 재정정 지역을 화면 표시하는 예를 보여준다.
도 3을 참조하면, 거리계전기 정정치 유효성을 검증하는 서버 시스템은 검증 결과 디스플레이(10)를 화면 표시하는 모니터링 시스템을 포함한다.
도 3에서와 같은 검증 결과 디스플레이(10) 상에는 각 지역별 전력계통이 표시된다. 그리고 주요 지역마다 Zone 3 정정치 재정정 필요 여부가 표시된다. 도 3의 예시에서는 수도권 지역에 적색으로 표시된 재정정 필요지역(20)이 디스플레이되어 있다. 즉, 재정정 필요지역(20) 내에 위치한 거리계전기들은 Zone 3 정정치를 재정정해야 함을 의미한다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10 : 검증 결과 디스플레이 20 : 재정정 필요지역

Claims (3)

  1. 서버 시스템에 의해 실행되는 방법으로서,
    (a) 현재 전력계통의 송전선로에 대한 고장 계산을 수행하는 단계;
    (b) 상기 단계에서 얻어진 고장 계산을 통해 현재 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정치를 구하는 단계;
    (c) 해당 선로의 이전 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정치와 현재 전력계통의 거리계전기 Zone 3 정정치를 비교하는 단계; 및
    (d) 상기 비교에서 두 정정치간 오차가 미리 정해진 오차한계를 초과하는 경우 당해 지역을 거리계전기 Zone 3 재정정 지역으로 설정하는 단계
    를 포함하는 거리계전기 정정치 유효성 검증 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (d)단계 이후에,
    상기 거리계전기 Zone 3 재정정 지역을 화면 표시하는 단계를 더 포함하는 거리계전기 정정치 유효성 검증 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (a)는,
    (a-1) 현재 전력계통의 위상구조(Topology) 정보와 계통 파라미터를 취득하는 단계;
    (a-2) 위상측정기(PMU)로부터 전압 및 전류의 위상을 실시간으로 취득하는 단계;
    (a-3) 상기 위상구조 정보, 계통 파라미터 및 위상 실시간 데이터로부터 현재 전력계통의 실시간 상태를 추정하는 단계; 및
    (a-4) 상기 단계 (a-3)에서 추정된 현재 전력계통의 실시간 상태로부터 현재 전력계통의 송전선로에 대한 고장 계산을 수행하는 단계
    를 포함하는 거리계전기 정정치 유효성 검증 방법.
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