KR101268712B1 - 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

데이터의 용량에 따라 데이터 전송 프로토콜을 변환하여 대용량의 이상 파형 관련 데이터를 빠르게 전송하도록 한 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법이 제시된다. 제시된 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템은 배전계통에 분산 설치되어 이상 파형 계측을 위한 파형 계측신호를 수신하면 이상 파형을 계측하고, 이상 파형의 용량을 근거로 설정하는 프로토콜을 따라 이상 파형을 전송하는 복수의 RTU들; 복수의 RTU들 중에서 고장구간에 설치된 RTU에게로 파형 계측신호를 전송하고, RTU로부터 이상 파형을 수신하여 저장하는 FEP; 및 FEP를 통해 파형 계측신호를 고장구간에 설치된 RTU에게로 전송하여 배전계통의 고장구간에서 발생하는 이상 파형을 계측하도록 제어하고, 파형 계측신호에 따른 이상 파형을 수신하여 디스플레이하는 메인서버를 포함한다.

Description

배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING POWER QUALITY ABNORMAL WAVEFORM OF THE ELECTRIC POWER DISTRIBUTION SYSTEM}
본 발명은 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배전계통의 고장구간에서 발생하는 전압 파형 및 전류 파형과, 전기품질의 이상 파형을 온라인에서 계측하여 사용자에게 제공하는 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법에 대한 것이다.
전력품질은 공급하는 전압과 전류가 이상적인 정현파에서 벗어나는 정도를 의미하며 이에 영향을 주는 것은 순간적으로 전압이나 전류가 변동하는 것과 비교적 긴 시간 동안에 전압이나 전류의 파형에 변동이 발생하거나 고조파 혹은 저주파의 노이즈가 발생하는 것으로 구분한다. 여기서, 순시 전압 변동(sag, swell, interruption) 및 과도상태 전압(transient)은 전자에, 고조파(harmonics) 및 과전압(overvoltage)과 저전압(undervoltage) 등은 후자에 속한다.
전기품질을 분석하여 그 안정도를 판단하고 예측하는 전기품질 진단 분야는 80년대 후반부터 각광을 받기 시작한 매우 흥미롭고 중요한 분야로서, 특히, 이 시기에 국외에서는 전력산업의 규제가 해제되고 고성능의 장비와 정밀도가 높은 시스템이 개발됨으로써 전력에너지를 사용하는 수요자는 그들의 설비나 기기가 지속적으로 안정하게 동작할 수 있는 고품질의 전력공급을 요구하기 시작하였다.
이후, 90년대에 이르러서는 고효율의 전력 전자 소자, 고 정밀 특수 모터, 응용 반도체 장치 등이 개발되고 마이크로프로세서를 기반으로 하는 자동화 설비, 사무실용기기, 정보통신기기 등이 급속하게 발전함으로써 전력에너지를 사용하는 모든 분야에서 전기품질 문제가 새롭게 관심을 끌기 시작하였고, 이에 따라 동업계에서는 전기품질을 간단하고 직관적으로 진단분석할 수 있는 진단분석 시스템의 개발이 요구되고 있다.
특히, 배전계통에서는 변전소에서 수용가까지의 전기품질검사가 필수적이며, 그 품질감시 위치의 선정도 매우 중요하다. 배전계통만을 국한하면, 변전소로부터 출력되는 특고압의 전기품질, 지상변압기 및 주상변압기 2차측의 전기품질 및 고압 수용가측이나 저압 수용가측의 전기품질은 중요하다.
산업이 발전함에 따라 배전계통 단말장치나 주장치도 지속적으로 발전하여 정보의 빠른 처리와 빠른 전송이 가능하게 되었다. 이에 따라 배전계통의 고장 발생시 고장구간에서의 전압 파형, 전류 파형 및 전기품질 이상 파형을 온라인에서 계측하여 사용자가 빠르게 직접 분석할 수 있도록 하는 이상 파형 감시 시스템이 요구된다.
하지만, 종래의 이상 파형 감시 시스템에서 파일 계측시 사용되는 DNP(Distribution Network Protocol) 프로토콜은 대용량 데이터 파일 전송에 취약하기 때문에, 파형 데이터와 같은 용량이 큰 데이터 파일 전송에는 적합하지 않은 문제점이 있다. 즉, 종래의 이상 파형 감시 시스템에 사용되는 DNP 프로토콜은 전압 파형, 전류 파형, 이상 파형 등과 같은 대용량 데이터를 전송하는데 많은 시간이 걸려 이상 파형의 분석시간이 증가하게 되어 이상 파형(즉, 배전계통의 고장)에 대한 빠른 대처가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 데이터의 용량에 따라 데이터 전송 프로토콜을 변환하여 대용량의 이상 파형 관련 데이터를 빠르게 전송하도록 한 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 원격 단말 장치에 저장된 이상 파형 관련 데이터를 사용자가 온라인 상으로 신속하게 전달하여, 온라인 상에서 배전계통의 고장 시 고장구간에서의 전압 파형, 전류 파형 및 전기품질 이상 파형을 사용자가 용이하게 모니터하고 이들을 활용할 수 있도록 하는 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템은, 배전계통의 고장발생시 파형 계측신호를 발생하고, 배전계통의 고장구간에서 계측된 이상 파형 또는 배전계통의 전압 및 전류를 수신하여 저장 및 디스플레이하는 메인서버; 메인서버에서 발생한 계측신호를 고장구간에 설치된 하나 이상의 RTU에게로 전송하고, 하나 이상의 RTU들로부터 이상 파형 또는 배전계통의 전압 및 전류를 수신하여 메인서버로 전송하는 FEP; 및 FEP로부터 파형 계측신호를 수신하면 배전계통의 전압 및 전류를 계측하여 이상 파형을 생성하고, 계측한 전압 및 전류 또는 이상 파형을 파형 계측신호에 포함되는 요청 데이터를 근거로 설정한 프로토콜로 변환하여 전송하는 복수의 RTU들을 포함한다.
복수의 RTU들은, 배전계통에서 계측된 전류 및 전압 중에 적어도 하나를 포함하는 계측값을 전송하면 DNP 프로토콜로 설정하고, 이상 파형을 전송하면 FTP 프로토콜로 설정한다.
복수의 RTU들은, 배전계통의 고장구간에 계측한 전류 파형, 전압 파형 및 고장 파형의 고조파, 순시전압저하와 순시전압상승 및 순시정전을 포함하는 전기품질 중에 적어도 하나를 근거로 이상 파형을 생성한다.
복수의 RTU들은, 배전계통의 차단기 또는 개폐기에 설치되어 전압 및 전류 중에 적어도 하나를 계측한다.
복수의 RTU들 각각은, 파형 계측신호를 수신하면 배전계통의 고장구간에서 고장 파형의 고조파, 순시전압저하와 순시전압상승 및 순시정전을 포함하는 전기품질과, 전류 파형, 및 전압 파형을 계측하여 이상 파형을 생성하는 계측부; 파형 계측신호에 포함된 요청 데이터의 용량을 근거로 FEP와의 데이터 전송 프로토콜을 설정하는 프로토콜 설정부; 및 설정된 데이터 전송 프로토콜에 따라 계측한 전압 및 전류, 또는 이상 파형을 FEP로 전송하도록 제어하는 계측 제어부를 포함한다.
FEP는, 복수의 RTU들로부터 수신한 이상 파형을 근거로 지능형 배전기기의 차단기 또는 개폐기의 평균부하를 산출하여 저장하고, 산출한 평균부하를 메인서버로 전송한다.
메인서버는, FEP로부터 수신한 지능형 배전기기의 차단기 또는 개폐기의 평균부하를 디스플레이한다.
메인서버는, 이상 파형에 포함된 복수의 상(Phase) 중에서 선택된 하나 이상의 상을 디스플레이한다.
메인서버는, 기저장된 이상 파형 및 기저장된 배전계통의 전압 및 전류 중에 적어도 하나를 디스플레이한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 방법은, RTU에 의해, 파형 계측신호를 수신하면 고장발생 구간에서 전압 및 전류를 계측하여 이상 파형을 생성하는 단계; RTU에 의해, 파형 계측신호에 포함되는 요청 데이터를 근거로 FEP와의 데이터 전송을 위한 프로토콜을 설정하는 단계; RTU에 의해, 설정된 프로토콜에 따라 생성한 이상 파형 또는 계측한 전압 및 전류를 FEP를 통해 메인서버로 전송하는 단계; 및 메인서버에 의해, 수신한 이상 파형 또는 수신한 전압 및 전류를 디스플레이하는 단계를 포함한다.
이상 파형을 계측하는 단계에서는, RTU에 의해, 배전계통의 고장구간에 계측한 전류 파형, 전압 파형 및 고장 파형의 고조파, 순시전압저하와 순시전압상승 및 순시정전을 포함하는 전기품질 중에 적어도 하나를 근거로 이상 파형을 생성한다.
프로토콜을 설정하는 단계에서는, RTU에 의해, 배전계통에서 계측된 전류 및 전압 중에 적어도 하나를 포함하는 계측값을 전송하면 DNP 프로토콜로 설정하고, 이상 파형을 전송하면 FTP 프로토콜로 설정한다.
FEP에 의해, 지능형 배전기기의 차단기 또는 개폐기의 평균부하를 산출하는 단계를 더 포함한다.
메인서버에 의해, 산출한 차단기 또는 개폐기의 평균부하를 디스플레이하는 단계를 더 포함한다.
메인서버에 의해, 전송된 이상 파형 또는 계측한 전압 및 전류를 수신하여 저장하는 단계를 더 포함하고, 디스플레이하는 단계에서는, 메인서버에 의해, 기저장된 이상 파형 또는 기저장된 배전계통의 전압 및 전류를 디스플레이한다.
본 발명에 의하면, 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법은 전송할 데이터의 용량에 따라 데이터 전송 프로토콜을 변환함으로써, 전압 파형, 전류 파형 및 전기품질 이상 파형 등과 같은 대용량의 데이터를 빠르게 전송할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법은 전압 파형, 전류 파형 및 전기품질 이상 파형 등과 같은 대용량의 데이터를 빠르게 전송함으로써, 배전계통의 고장구간을 빠르게 복구하여 전기품질의 공급신뢰도를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법은 고장 발생 시 이상 파형을 온라인 상태로 단말장치에서 검출하여 관리함으로써, 고장유형이나 고장예측에 관하여 분석자료로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법은 차단기 자동 재폐로, 대형 모터 기동에 의한 순시전압강하(Sag), 비접지 계통의 1선 지락사고에 의한 건전상의 순간적인 전압상승, 대용량 커패시터 뱅크의 계통 투입시 순시전압상승(Swell) 등 계통 및 기기사고, 기기 오동작시 순시정전(Interruption)이 발생한 상태에서도 배전계통에 설치된 단말장치로부터 이상 파형 정보를 취득하여 상위의 메인장치로 전송함으로써, 사용자가 고장의 유형 및 예측에 관한 분석자료로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 관리기준의 공급신뢰도 지수는 정전과 관련된 것인데, 기존에는 호당 정전시간(SAIDI) 및 호당 정전회수(SAIFI)만을 관리함으로써, 관리기준의 공급신뢰도 지수가 정확하게 부여되지 않았다. 그러나, 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법은 정전고객 평균 정전시간(CAIDI)과 호당 평균 순간 정전회수(MAIFI)도 추가로 관리할 수 있으므로, 관리기준의 공급신뢰도 지수가 보다 정확하게 부여됨으로 인해, 이를 전기료의 부과 기준에 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1의 RTU를 설명하기 위한 도면.
도 3 및 도 4는 도 1의 메인서버를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 6은 도 5의 데이터 전송 프로토콜 설정 단계를 설명하기 위한 흐름도.
도 7은 도 5의 이상 파형 관련 데이터 송수신 단계를 설명하기 위한 흐름도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 도 1의 RTU를 설명하기 위한 도면이고, 도 3 및 도 4는 도 1의 메인서버를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배전계통은 변전소(10), 무효전력 제어장치(20), 전압 제어장치(30), 지능형 배전기기(40), 주상용 변압기(50), 분산전원(60), 고압 전력량계(70), 저압 전력량계(80)를 포함하여 구성된다.
변전소(10)는 발전소에서 생산한 전력을 송전선로나 배전선로를 통하여 수요자에게 보내는 과정에서 전압이나 전류의 성질을 변환한다.
무효전력 제어장치(20)는 분로 콘덴서(SC; Shunt Capacitor)로 부족한 무효전력을 보상하여 전압을 회복시키는 장치이다. 즉, 무효전력 제어장치(20)는 중부하시 무효전력(유도성)의 소비가 과다하여 전압강하가 심할 때 뱅크별로 단계적으로 전력을 투입하여 부족한 무효전력을 보상함으로써 전압을 회복시킨다.
전압 제어장치(30)는 자동 전압 조정기(AVR; Automatic Voltage Regulator)의 일종으로 배전선로 중간에 설치되어, 전압의 변화에 따라 가변 저항(SVR)의 탭을 자동으로 조절하여 전압을 일정하게 유지한다.
지능형 배전기기(40)는 I-RTU(Intelligence Remote Terminal Unit) 및 통신장치를 포함한다. 여기서, I-RTU는 배전계통의 고장을 검출하여 고장구간을 차단 및 재폐로한다. I-RTU는 배전계통의 고장 발생시 고장구간을 자동으로 분리한 후 건전구간을 수지상의 타 선로로 전환하여 역송함으로써 정전을 최소화한다.
주상용 변압기(50)는 전압을 고압에서 저압으로 변환하여 저압 수용가에 전력을 공급한다.
분산전원(60)은 전력의 수직적이고 일방적인 공급방식에서 수평적 양방향 공급방식으로 전환하는 과정에 중요한 역할을 하는 것으로, 소형 열병합 발전으로부터 얻어진 전원과 신 재생에너지 전원 등이 있다.
고압 전력량계(70)는 고압 수용가의 사용전력을 검출한다. 이때, 고압 전력량계(70)는 무선통신을 통해 이용해 메인서버(400)로 검출한 사용전력을 전송한다.
저압 전력량계(80)는 주상용 변압기(50)로부터 출력되는 전기를 소비하는 수용가의 소비전력을 검출한다. 이때, 저압 전력량계(80)는 무선통신을 통해 이용해 메인서버(400)로 검출한 사용전력을 전송한다.
본 발명의 실시예에 따른 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템은 복수의 RTU(100), 통합 게이트웨이(200), FEP(300), 메인서버(400)를 포함하여 구성된다.
RTU(100)는 배전계통에 분산 설치되어 해당 구간에서 고장구간에 계측한 전류 파형, 전압 파형 및 전기품질을 계측한다. 이때, RTU(100)는 고장 파형의 고조파, 순시전압저하, 순시전압상승, 순시정전 등을 포함하는 전기품질을 계측한다.
RTU(100)는 FEP(300)를 통해 메인서버(400)에서 발생한 파형 계측신호를 수신하면 배전계통의 차단기 또는 개폐기 측에서 관련 값을 계측한다. 물론, RTU(100)는 배전계통의 변전소(10), 무효전력 제어장치(20), 전압 제어장치(30), 지능형 배전기기(40), 주상용 변압기(50), 분산전원(60), 고압 전력량계(70), 저압 전력량계(80) 등과 같은 전력설비들의 입력측 또는 출력측에서 관련 값을 계측한다.
RTU(100)는 고장구간에 계측한 전류 파형, 전압 파형 및 전기품질을 이용하여 이상 파형을 생성한다. 즉, RTU(100)는 계측한 전압을 이용하여 전압 파형을 생성하고, 계측한 전류를 이용하여 전류 파형을 생성한다. RTU(100)는 기생성한 전압 파형, 전류 파형, 고장 파형의 고조파, 순시전압저하, 순시전압상승, 순시정전 중에 적어도 하나를 포함하는 이상 파형을 생성한다.
RTU(100)는 생성한 이상 파형을 통합 게이트웨이(200)를 통해 FEP(300)로 전송한다. 즉, RTU(100)는 파형 계측신호에 포함된 요청 데이터의 용량을 근거로 FEP(300)와의 데이터 통신을 위한 프로토콜을 설정한다. 이때, RTU(100)는 고장발생시 배전계통의 고장구간에서 발생하는 고장 전류 및 고장 전압을 FEP(300)로 전송하면 DNP 프로토콜로 설정한다. RTU(100)는 생성한 이상 파형을 전송하면 FTP 프로토콜로 설정한다. 즉, RTU(100)는 계측값(즉, 고장 전류, 고장 전압)과 같은 소용량의 데이터 전송시 DNP 프로토콜을 설정한다. RTU(100)는 이상 파형(즉, 고장 전류 파형, 고장 전압 파형, 전기품질 등)과 같이 대용량의 데이터 전송시 TCP 프로토콜을 설정한다. 이처럼, RTU(100)는 FEP(300)로 전송할 데이터의 용량을 근거로 데이터 전송 프로토콜을 설정한다.
RTU(100)는 정상운영되는 배전계통의 각 기기(즉, 변전소(10), 무효전력 제어장치(20), 전압 제어장치(30), 지능형 배전기기(40), 주상용 변압기(50), 분산전원(60), 고압 전력량계(70), 저압 전력량계(80) 등)의 입력측 및 출력측에서 전압 또는 전류를 계측한다. 이때, RTU(100)는 정장운영 상태에서 계측되는 전압 또는 전류의 파형을 순시 파형으로 하여 FEP(300)로 전송한다.
이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, RTU(100)는 FEP(300)로부터 파형 계측신호를 수신하면 배전계통의 고장구간에서 고장 파형의 고조파, 순시전압저하와 순시전압상승 및 순시정전을 포함하는 전기품질과, 전류 파형, 및 전압 파형을 계측하여 이상 파형을 생성하는 계측부(120)와, 파형 계측신호에 포함된 요청 데이터의 용량을 근거로 FEP(300)와의 데이터 전송 프로토콜을 설정하는 프로토콜 설정부(140), 및 설정된 데이터 전송 프로토콜에 따라 계측한 전압 및 전류, 또는 이상 파형을 FEP(300)로 전송하도록 제어하는 계측 제어부(180)를 포함하여 구성된다. 여기서, RTU(100)는 후술할 메인서버(400)에서 프로토콜을 설정하는 경우 프로토콜 설정부(140)가 구성에서 제외될 수도 있다.
통합 게이트웨이(200)는 유무선 네트워크로 구성되어 RTU(100)와 FEP(300) 사이에서 데이터를 전달한다. 통합 게이트웨이(200)는 DNP 프로토콜(Distribution Network Protocol) 및 FTP(File Transfer Protocol)을 통해 RTU(100)와 FEP(300) 사이에서 데이터를 전달한다. 이를 위해, 통합 게이트웨이(200)는
FEP(300)는 통합 게이트웨이(200)를 통해 복수의 RTU(100)들로부터 데이터를 송수신한다. 즉, FEP(300)는 메인서버(400)로부터 수신한 파형 계측신호를 RTU(100)에게로 전송한다. 이때, FEP(300)는 복수의 RTU(100)들 중에서 고장구간에 설치된 RTU(100)에게로 파형 계측신호를 전송한다.
FEP(300)는 파형 계측신호를 수신한 RTU(100)로부터 이상 파형을 수신한다. 즉, FEP(300)는 고장구간에 설치된 RTU(100)로부터 전류 파형 또는 전압 파형을 포함하는 이상 파형을 수신한다. 이때, FEP(300)는 수신항 이상 파형을 저장한 후에 메인서버(400)로 전송한다.
FEP(300)는 RTU(100)들로부터 순시 파형을 수신하여 저장할 수도 있다. 즉, FEP(300)는 정상운영되는 배전계통의 측정된 전압 파형 또는 전류 파형으로 구성되는 순시 파형을 수신하여 저장한다. 물론, FEP(300)는 메인서버(400)로부터의 요청시 순시 파형을 메인서버(400)로 전송할 수도 있다.
FEP(300)는 복수의 RTU(100)들로부터 수신한 이상 파형을 근거로 지능형 배전기기(40)의 평균부하를 산출한다. 즉, FEP(300)는 이상 파형을 근거로 지능형 배전기기(40)의 차단기 또는 개폐기의 평균부하를 산출한다. FEP(300)는 산출한 차단기 또는 개폐기의 평균부하를 저장한 후에 메인서버(400)로 전송한다.
메인서버(400)는 FEP(300)로부터 수신한 이상 파형을 디스플레이한다. 즉, 메인서버(400)는 이상 파형의 계측 및 송신을 파형 계측신호를 생성한다. 이때, 메인서버(400)는 전압 및 전류 또는 이상 파형을 요청 데이터로 하는 파형 계측신호를 생성한다. 즉, 메인서버(400)는 배전계통의 전압 및 전류를 수신하기 위해서는 전압 및 전류를 요청 데이터로 포함하는 파형 계측신호를 생성한다. 메인서버(400)는 배전계통의 이상 파형을 수신하기 위해서는 이상 파형을 요청 데이터로 포함하는 파형 계측신호를 생성한다. 메인서버(400)는 고장구간에 설치된 RTU(100)로 생성한 파형 계측신호를 FEP(300)로 전송하여 고장구간에 설치된 RTU(100)로 이상 파형의 계측 및 송신을 요청한다.
메인서버(400)는 FEP(300)를 통해 고장구간의 RTU(100)로부터 수신한 이상 파형을 디스플레이한다. 즉, 메인서버(400)는 FEP(300)를 통해 수신한 이상 파형 또는 전압 및 전류를 디스플레이한다. 메인서버(400)는 FEP(300)로 기수신하여 저장된 이상 파형 또는 전압 및 전류를 디스플레이할 수도 있다. 이때, 메인서버(400)는 이상 파형에 포함된 복수의 상(Phase) 중에서 선택된 하나 이상의 상을 디스플레이할 수도 있다. 메인서버(400)는 이상 파형을 저장하여 관리한다.
메인서버(400)는 복수의 RTU(100)에서 계측된 순시 파형을 FEP(300)를 통해 수신하여 디스플레이할 수도 있다. 즉, 메인서버(400)는 배전계통의 정상운영시에 일정간격으로 계측된 전압 및 전류의 파형인 순시 파형을 수신하여 디스플레이한다. 이때, 메인서버(400)는 순시 파형에 포함된 복수의 상(Phase) 중에서 선택된 하나 이상의 상을 디스플레이할 수도 있다. 메인서버(400)는 순시 파형을 저장하여 관리한다.
메인서버(400)는 FEP(300)로부터 수신한 지능형 배전기기(40)의 평균부하를 디스플레이한다. 즉, 메인서버(400)는 FEP(300)로부터 지능형 배전기기(40)의 차단기 또는 개폐기의 평균부하를 수신한다. 메인서버(400)는 수신한 차단기 또는 개폐기의 평균부하를 디스플레이한다. 이때, 메인서버(400)는 수신한 평균부하를 저장하여 관리한다.
이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 메인서버(400)는 배전계통의 제어를 위한 제어정보를 발생하기 위한 정보를 입력받는 입력부(410)와, 복수의 RTU(100)들과 FEP(300) 사이의 데이터 전송 프로토콜을 설정하는 프로토콜 생성부와, FEP(300)와 데이터를 송수신하는 통신부(430)와, 입력(또는 저장)된 제어정보에 따라 배전계통을 제어하고 이상 파형의 계측 요청을 위한 파형 계측신호를 생성하는 제어부(440)와, 각종 정보를 디스플레이하는 출력부(450), 및 배전계통의 제어정보와 이상 파형과 순시 파형 등을 포함하는 배전계통 정보를 저장하는 저장부(460)를 포함하여 구성된다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 출력부(450)는 상부에 전류에 대한 이상 파형(즉, 고장 파형)을 디스플레이하고, 하부에 전압에 대한 이상 파형을 디스플레이한다. 여기서, 출력부(450)는 사용자의 입력에 따라 파형의 상(phase)을 선택적으로 디스플레이하고, 고장 전류의 값 및 고장 전압의 크기도 함께 디스플레이할 수 있다. 여기서, 메인서버(400)는 전술한 RTU(100)에서 프로토콜을 설정하는 경우 프로토콜 설정부(420)가 구성에서 제외될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 6은 도 5의 데이터 전송 프로토콜 설정 단계를 설명하기 위한 흐름도이고, 도 7은 도 5의 이상 파형 관련 데이터 송수신 단계를 설명하기 위한 흐름도이다
먼저, 메인서버(400)는 배전계통의 고장구간에서 이상 파형을 계측하기 위한 파형 계측신호를 발생한다. 메인서버(400)는 생성한 파형 계측신호를 FEP(300)로 전송한다, FEP(300)는 수신한 파형 계측신호를 통합 게이트웨이(200)를 통해 고장구간에 설치된 RTU(100)에게로 전송한다. 이때, FEP(300)는 파형 계측신호를 DNP 프로토콜 형태로 변환하여 RTU(100)로 전송한다. 그에 따라, 파형 계측신호를 수신한 RTU(100)는 해당 구간에서 전압 및 전류를 포함하는 이상 파형을 계측한다(S100).
RTU(100)를 계측한 이상 파형을 FEP(300)로 전송하기 위한 프로토콜을 설정한다(S200). 이때, RTU(100)는 이상 파형을 요청한 파형 계측신호를 수신한 경우 TCP 프로토콜로 설정한다. RTU(100)는 전압 또는 전류 계측값을 요청한 파형 계측신호를 수신한 경우 DNP 프로토콜로 설정한다. 이를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 아래와 같다.
RTU(100)는 FEP(300)으로부터 수신한 파형 계측신호에 포함된 요청 데이터의 용량을 검출한다(S220). 이때, RTU(100)는 이상 파형을 요청한 파형 계측신호의 경우 대용량으로 검출한다. RTU(100)는 계측값을 요청한 파형 계측신호의 경우 소용량으로 검출한다.
검출한 요청 데이터의 용량이 대용량이면(S240; 예), RTU(100)는 FTP 프로토콜을 설정한다(S260). 즉, RTU(100)는 이상 파형과 같이 대용량의 데이터를 전송하는 경우 FTP 프로토콜을 이용하여 데이터를 전송한다.
RTU(100)는 검출한 요청 데이터의 용량이 소용량이면 기존에 계측데이터의 전송을 위해 사용되는 DNP 프로토콜을 설정한다(S280). 즉, RTU(100)는 전압 및 전류 계측값과 같이 소용량의 데이터를 전송하는 경우 DNP 프로토콜을 이용하여 데이터를 전송한다.
여기서, RTU(100)를 사용자가 설정한 프로토콜을 이용해 데이터를 전송할 수도 있다. 즉, 사용자는 메인서버(400)를 통해 FTP 프로토콜 및 DNP 프로토콜 중 하나를 선택한다. 메인서버(400)는 사용자에 의해 선택된 프로토콜을 FEP(300)를 통해 RTU(100)들에게로 전송하여 프로토콜을 설정한다.
RTU(100)는 이상 파형 관련 데이터(즉, 이상 파형, 계측값)를 기설정한 프로토콜의 형태로 변환한다. RTU(100)는 변환한 이상 파형 관련 데이터를 네트워크를 통해 통합 게이트웨이(200)로 전송한다. 통합 게이트웨이(200)는 수신한 이상 파형 관련 데이터를 FEP(300)로 전송한다. FEP(300)는 배전계통의 고장구간에 설치된 하나 이상의 RTU(100)들로부터 수신한 이상 파형 관련 데이터를 메인 서버로 전송한다(S300). 배전계통의 고장(즉, 이상 파형)을 분석하기 위해서는 우선 원격지에 있는 RTU(100)들로부터 고장 혹은 사용자 요청에 따라 저장되어 있는 이상 파형(즉, 고장 파형), 순시 파형 등을 수신해야 한다. 이때, 현재 배전계통에서 사용 중인 DNP 프로토콜(Distribution Protocol)을 이용하여도 이상 파형 관련 데이터의 전송이 가능하다. 하지만, DNP 프로토콜은 대용량 데이터 전송에는 적합하지 않다. 즉, DNP 프로토콜은 하나의 이상 파형 관련 데이터를 수신하는데 많은 시간이 걸려 고장 분석에 많은 시간이 소비된다. 따라서, 본 발명에서는 신속한 데이터 파일 취득을 위해 기존 DNP 통신 프로토콜에 FTP을 접목하는 하이브리드 방식의 파형 데이터 전송 방식을 이용한다.
이를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다.
FTP 프로토콜이 설정되면(S310; 예), 메인서버(400)는 해당 RTU(100)로 데이터 전송 명령을 발생한다(S320). 그에 따라, RTU(100)와 FEP(300)는 FTP 서버에 접속하여 이상 파형 관련 데이터를 송수신한다(S330). FEP(300)를 FTP 서버를 통해 수신한 이상 파형 관련 데이터를 메인서버(400)로 전송한다. 물론, FEP(300)를 대신하여 RTU(100)와 메인서버(400)가 FTP 서버에 접속하여 직접 이상 파형 관련 데이터를 송수신할 수도 있다.
메인서버(400)에서 데이터 수신이 완료되면(S340; 예), RTU(100)와 FEP(300)는 FTP 서버와의 접속을 해제한다(S350). RTU(100)와 메인서버(400)가 FTP 서버에 접속한 경우에는 RTU(100)와 메인서버(400)가 FTP 서버와의 접속을 해제한다.
메인서버(400)는 완료응답 메시지를 통해 해당 RTU(100)에게 이상 파형 관련 데이터의 수신이 완료되었음을 통보한다(S360).
DNP프로토콜이 설정되면, 메인서버(400)는 해당 RTU(100)로 데이터 전송 명령을 발생한다(S370). 그에 따라, RTU(100)와 FEP(300)는 DNP 프로토콜을 통해 이상 파형 관련 데이터를 송수신한다. 데이터 수신이 완료되면(S380; 예), 메인서버(400)는 완료응답 메시지를 통해 해당 RTU(100)에게 이상 파형 관련 데이터의 수신이 완료되었음을 통보한다(S390).
FEP(300)는 하나 이상의 RTU(100)들로부터 수신한 이상 파형 관련 데이터를 저장한다. 메인서버(400)는 FEP(300)를 통해 수신한 이상 파형 관련 데이터를 저장한다(S400). 메인서버(400)는 수신한 이상 파형 관련 데이터를 디스플레이한다(S500).
상술한 바와 같이, 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법은 전송할 데이터의 용량에 따라 데이터 전송 프로토콜을 변환함으로써, 전압 파형, 전류 파형 및 전기품질 이상 파형 등과 같은 대용량의 데이터를 빠르게 전송할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법은 전압 파형, 전류 파형 및 전기품질 이상 파형 등과 같은 대용량의 데이터를 빠르게 전송함으로써, 배전계통의 고장구간을 빠르게 복구하여 전기품질의 공급신뢰도를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법은 고장 발생 시 이상 파형을 온라인 상태로 단말장치에서 검출하여 관리함으로써, 고장유형이나 고장예측에 관하여 분석자료로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법은 차단기 자동 재폐로, 대형 모터 기동에 의한 순시전압강하(Sag), 비접지 계통의 1선 지락사고에 의한 건전상의 순간적인 전압상승, 대용량 커패시터 뱅크의 계통 투입시 순시전압상승(Swell) 등 계통 및 기기사고, 기기 오동작시 순시정전(Interruption)이 발생한 상태에서도 배전계통에 설치된 단말장치로부터 이상 파형 정보를 취득하여 상위의 메인장치로 전송함으로써, 사용자가 고장의 유형 및 예측에 관한 분석자료로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 관리기준의 공급신뢰도 지수는 정전과 관련된 것인데, 기존에는 호당 정전시간(SAIDI) 및 호당 정전회수(SAIFI)만을 관리함으로써, 관리기준의 공급신뢰도 지수가 정확하게 부여되지 않았다. 그러나, 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템 및 방법은 정전고객 평균 정전시간(CAIDI)과 호당 평균 순간 정전회수(MAIFI)도 추가로 관리할 수 있으므로, 관리기준의 공급신뢰도 지수가 보다 정확하게 부여됨으로 인해, 이를 전기료의 부과 기준에 활용할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
10: 변전소 20: 무효전력 제어장치
30: 전압 제어장치 40: 지능형 배전기기
50: 주상용 변압기 60: 분산전원
70: 고압 전력량계 80: 저압 전력량계
100: RTU 120: 계측부
140: 프로토콜 설정부 160: 통신부
180: 계측 제어부 200: 통합 게이트웨이
300: FEP 400: 메인서버
410: 입력부 420: 프로토콜 설정부
430: 통신부 440: 제어부
450: 출력부 460: 저장부

Claims (15)

  1. 배전계통의 고장발생시 파형 계측신호를 발생하고, 상기 배전계통의 고장구간에서 계측된 이상 파형 또는 상기 배전계통의 전압 및 전류를 수신하여 저장 및 디스플레이하는 메인서버;
    상기 메인서버에서 발생한 파형 계측신호를 고장구간에 설치된 하나 이상의 RTU에게로 전송하고, 상기 하나 이상의 RTU들로부터 이상 파형 또는 상기 배전계통의 전압 및 전류를 수신하여 상기 메인서버로 전송하는 FEP; 및
    상기 FEP로부터 파형 계측신호를 수신하면 배전계통의 전압 및 전류를 계측하여 이상 파형을 생성하고, 상기 계측한 전압 및 전류 또는 상기 이상 파형을 상기 파형 계측신호에 포함되는 요청 데이터를 근거로 설정한 프로토콜로 변환하여 전송하는 복수의 RTU들을 포함하되,
    상기 FEP는,
    상기 복수의 RTU들로부터 수신한 이상 파형을 근거로 지능형 배전기기의 차단기 또는 개폐기의 평균부하를 산출하여 저장하고, 상기 산출한 평균부하를 상기 메인서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 RTU들은
    상기 배전계통에서 계측된 전류 및 전압 중에 적어도 하나를 포함하는 계측값을 전송하면 DNP 프로토콜로 설정하고, 상기 이상 파형을 전송하면 FTP 프로토콜로 설정하는 것을 특징으로 하는 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 RTU들은,
    상기 배전계통의 고장구간에 계측한 전류 파형, 전압 파형 및 고장 파형의 고조파, 순시전압저하와 순시전압상승 및 순시정전을 포함하는 전기품질 중에 적어도 하나를 근거로 이상 파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 RTU들은,
    상기 배전계통의 차단기 또는 개폐기에 설치되어 전압 및 전류 중에 적어도 하나를 계측하는 것을 특징으로 하는 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 RTU들 각각은,
    상기 파형 계측신호를 수신하면 상기 배전계통의 고장구간에서 고장 파형의 고조파, 순시전압저하와 순시전압상승 및 순시정전을 포함하는 전기품질과, 전류 파형, 및 전압 파형을 계측하여 이상 파형을 생성하는 계측부;
    상기 파형 계측신호에 포함된 요청 데이터의 용량을 근거로 상기 FEP와의 데이터 전송 프로토콜을 설정하는 프로토콜 설정부; 및
    상기 설정된 데이터 전송 프로토콜에 따라 상기 계측한 전압 및 전류, 또는 상기 이상 파형을 상기 FEP로 전송하도록 제어하는 계측 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인서버는,
    상기 FEP로부터 수신한 상기 지능형 배전기기의 차단기 또는 개폐기의 평균부하를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인서버는,
    상기 이상 파형에 포함된 복수의 상(Phase) 중에서 선택된 하나 이상의 상을 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인서버는,
    기저장된 이상 파형 및 기저장된 상기 배전계통의 전압 및 전류 중에 적어도 하나를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 시스템.
  10. RTU에 의해, 파형 계측신호를 수신하면 고장발생 구간에서 전압 및 전류를 계측하여 이상 파형을 생성하는 단계;
    상기 RTU에 의해, 상기 파형 계측신호에 포함되는 요청 데이터를 근거로 FEP와의 데이터 전송을 위한 프로토콜을 설정하는 단계;
    상기 RTU에 의해, 상기 설정된 프로토콜에 따라 상기 생성한 이상 파형 또는 상기 계측한 전압 및 전류를 FEP를 통해 메인서버로 전송하는 단계; 및
    상기 메인서버에 의해, 상기 수신한 이상 파형 또는 상기 수신한 전압 및 전류를 디스플레이하는 단계를 포함하고,
    상기 전송하는 단계는,
    상기 FEP에 의해, 상기 생성된 이상 파형을 근거로 지능형 배전기기의 차단기 또는 개폐기의 평균부하를 산출하여 상기 메인서버로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 이상 파형을 계측하는 단계에서는,
    상기 RTU에 의해, 상기 배전계통의 고장구간에 계측한 전류 파형, 전압 파형 및 고장 파형의 고조파, 순시전압저하와 순시전압상승 및 순시정전을 포함하는 전기품질 중에 적어도 하나를 근거로 이상 파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 프로토콜을 설정하는 단계에서는,
    상기 RTU에 의해, 상기 배전계통에서 계측된 전류 및 전압 중에 적어도 하나를 포함하는 계측값을 전송하면 DNP 프로토콜로 설정하고, 상기 이상 파형을 전송하면 FTP 프로토콜로 설정하는 것을 특징으로 하는 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 방법.
  13. 삭제
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 메인서버에 의해, 상기 산출한 차단기 또는 개폐기의 평균부하를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 메인서버에 의해, 상기 전송된 이상 파형 또는 상기 계측한 전압 및 전류를 수신하여 저장하는 단계를 더 포함하고,
    상기 디스플레이하는 단계에서는, 상기 메인서버에 의해, 기저장된 이상 파형 또는 기저장된 상기 배전계통의 전압 및 전류를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 배전계통의 전기품질 이상 파형 감지 방법.
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