KR101398457B1 - 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치및 그 방법 - Google Patents

전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치 및 그 방법은, 전력선을 이용하여 적어도 하나 이상의 분산 발전기로부터 전송된 제1 고주파 신호를 검출하는 신호 검출부와; 상기 검출된 제1 고주파 신호를 근거로 분산 발전기의 동작을 동기화시키는 동기화부와; 상기 검출된 제1 고주파 신호를 근거로 무효전력(reactive power)을 발생하는 무효전력 발생부와; 상기 발생된 무효전력의 부호와 주기를 기설정된 무효전력의 부호 및 주기와 비교하여, 상기 비교 결과를 근거로 해당 분산 발전기의 동작을 제어하는 중앙 제어부를 포함하여 구성함으로써, 전력선 통신 및 고주파 신호를 이용하여 단독 운전을 검출하고, 상기 고주파 신호에 대응하여 분산 발전기를 동기시켜 동작시킬 수 있도록 구성한다.
전력선 통신, 분산 발전기, 단독 운전

Description

전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치 및 그 방법{Apparatus for anti-islanding of a distributed generator using Power Line Communication and method thereof}
본 발명은 분산 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세히는, 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 들어 자체 발전 설비를 갖추어 자체적으로 전력을 생산하여 생산된 전력을 자체 내의 부하에 사용하고, 사용하고 남은 전력을 전력 회사에 제공하는 상호 독립적으로 운영되는 분산 발전기가 증가하고 있다.
상기 분산 발전기는 생산된 전력을 전력선(power line)을 통해 상기 전력 회사 및 다른 분산 발전기에 제공하며, 상기 분산 발전기는 다른 분산 발전기들과는 독립적으로 운전한다.
상기와 같이 전력 회사 및 복수의 분산 발전기들이 연결된 상태에서, 전력선으로부터 전력이 공급되지 않는 정전 상태가 발생할 경우, 각 분산 발전기는 독립적으로 전력을 발생시킬 수 있으며, 국부적인 지역에서 해당 지역 내의 설비들에 전력을 제공할 수 있다.
종래 기술에 따른 단독 운전 감지 및 방지 장치는, 분산전원이 연계된 계통에서 전압 또는 전류를 측정하여 계통과의 분리 여부를 판정하는 수동방식과, 연계 선로에 미소 외란 신호를 주입하여 상기 외란 신호에 의한 계통의 변화를 감지하여 계통분리 여부를 판정하는 능동방식이 있다.
그러나 종래 기술에 따른 단독 운전 감지 및 방지 장치는, 분산 발전기가 많아질수록 단독 운전을 정확하게 감지하는데 한계가 발생하여 감지 능력이 저하되고, 상기와 같은 정전 상태에서 각 분산 발전기들이 단독 운전을 수행할 경우, 전력 회사의 수리 작업시 안전 문제 또는, 복전시 전기적인 사고가 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은, 전력선 통신 및 고주파 신호를 이용하여 단독 운전의 검출 효과를 증대시킬 수 있는 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 고주파 신호를 이용하여 단독 운전을 방지시킬 수 있는 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 고주파 신호를 이용하여 전체 연계된 분산 발전기들을 동기화시켜 동작시킬 수 있는 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치 및 그 방법은, 전력선을 이용하여 적어도 하나 이상의 분산 발전기로부터 전송된 제1 고주파 신호를 검출하는 신호 검출부와; 상기 검출된 제1 고주파 신호를 근거로 분산 발전기의 동작을 동기화시키는 동기화부와; 상기 검출된 제1 고주파 신호를 근거로 무효전력(reactive power)을 발생하는 무효전력 발생부와; 상기 발생된 무효전력의 부호와 주기를 기설정된 무효전력의 부호 및 주기와 비교하여, 상기 비교 결과를 근거로 해당 분산 발전기의 동작을 제어하는 중앙 제어부를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치 및 그 방법은, 전력선을 이용하여 적어도 하나 이상의 분산 발전기로부터 전송된 제1 고주파 신호를 검출하는 단계와; 상기 검출된 제1 고주파 신호를 근거로 분산 발전기의 동작을 동기화시키는 단계와; 상기 검출된 제1 고주파 신호를 근거로 무효전력을 발생하는 단계와; 상기 발생된 무효전력의 부호와 주기를 기설정된 무효전력의 부호 및 주기와 비교하는 단계와; 상기 비교 결과, 상기 발생된 무효전력의 부호가 상기 기설정된 무효전력의 부호와 다르거나, 상기 발생된 무효전력의 주기가 상기 기설정된 무효전력의 주기와 기설정된 임계치 이상 차이가 날 경우, 해당 분산 발전기의 동작을 중지시키는 제어를 수행하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따른 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치 및 그 방법은, 전력선 통신 및 고주파 신호를 이용함으로써, 단독 운전의 검출 효과를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치 및 그 방법은, 고주파 신호를 이용함으로써, 단독 운전을 방지시키고, 전체 연계된 분산 발전기들을 동기화시켜 동작시킬 수 있는 효과가 있다.
이하에서는, 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치 및 그 방법의 바람직한 실시예를 도 1 ~ 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치의 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이, 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치는, 고주파 신호를 발생하는 신호 발생부(110)와, 상기 발생된 고주파 신호를 전력선을 이용하여 하나 이상의 분산 발전기로 전송하는 통신부(120)와, 상기 전력선을 이용하여 적어도 하나 이상의 분산 발전기로부터 전송된 제1 고주파 신호를 검출하는 신호 검출부(130), 상기 신호 검출부(130)에서 검출된 제1 고주파 신호를 근거로 분산 발전기의 동작을 동기화시키는 동기화부(140)와, 상기 검출된 제1 고주파 신호를 근거로 양 또는 음의 무효전력(reactive power)을 발생하는 무효전력 발생부(150)와, 상기 발생된 무효전력의 부호와 주기를 기설정된 무효전력의 부호 및 주기와 비교하여, 상기 비교 결과를 근거로 해당 분산 발전기의 동작을 제어하는 중앙 제어부(160)를 포함하여 이루어진다.
상기 신호 발생부(110)는, 주파수 변조 또는 진폭 변조 중 어느 하나의 변조 방식을 사용하여 기설정된 주파수, 진폭, 위상을 가지는 고주파 신호를 발생한다.
또한, 상기 신호 발생부(110)는, 상기 언급된 변조 방식 이외에도 다른 변조 방식을 사용하여 고주파 신호를 발생할 수도 있다.
상기 통신부(120)는, 상기 신호 발생부(110)에서 발생된 고주파 신호를 상기 전력선을 통해 전송할 수 있도록, 상기 발생된 고주파 신호를 전력선 통신(power line communication: PLC)의 프로토콜에 대응하도록 변환하여, 상기 변환된 신호를 적어도 하나 이상의 분산 발전기에 전송한다.
상기 신호 검출부(130)는, 다른 분산 발전기에서 전송된 신호들을 수신하고, 상기 수신된 신호들 중, 상기 다른 분산 발전기의 신호 발생부에서 발생되어 상기 전력선을 통해 전송된 제1 고주파 신호를 검출한다.
상기 동기화부(140)는, 상기 신호 검출부(130)에서 검출된 제1 고주파 신호를 근거로 해당 분산 발전기(100)의 동작을 동기화시킨다. 이와 같이, 각 분산 발전기에 포함된 동기화부에 의해, 복수의 분산 발전기들이 서로 동기되어 동작할 수 있다.
상기 무효전력 발생부(150)는, 상기 신호 검출부(130)에서 검출된 제1 고주파 신호를 근거로 양 또는 음의 무효전력을 발생한다. 상기 발생되는 양 또는 음의 무효전력은, 상기 제1 고주파 신호를 발생할 때의 초기 상태에 따라 다르게 발생할 수 있다.
상기 중앙 제어부(160)는, 상기 발생된 무효전력의 부호와 주기를 기설정된 무효전력의 부호 및 주기와 비교한다. 상기 비교 결과, 상기 발생된 무효전력의 부호가 상기 기설정된 무효전력의 부호와 다르거나 또는, 상기 발생된 무효전력의 주기가 상기 기설정된 무효전력의 주기와 사용자에 의해 기설정된 임계치 이상 차이가 날 경우, 즉, 오차 범위를 벗어날 경우, 전력 통신망의 임의의 라인이 정전 상태이거나 시스템 오류 상태인 것으로 판단한다. 상기 전력 통신망의 임의의 라인이 정전 상태이거나 시스템 오류 상태인 것으로 판단될 경우, 상기 중앙 제어부(160)는, 분산 발전기의 동작을 중지시키는 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호에 의해 상기 중앙 제어부(160)가 포함된 해당 분산 발전기의 동작을 중지시킨다.
또한, 상기 중앙 제어부(160)는, 상기 해당 분산 발전기의 동작이 중지된 상태에서, 이후 수신된 제2 고주파 신호에 의해 발생된 무효전력을 근거로 상기 운전 중지 중인 해당 분산 발전기의 복전 여부를 판단한다. 즉, 상기 제2 고주파 신호에 의해 발생된 무효전력의 부호가 상기 기설정된 무효전력의 부호와 동일하고, 상기 제2 고주파 신호에 의해 발생된 무효전력의 주기가 상기 기설정된 무효전력의 주기와 상기 기설정된 임계치 이내 범위에 있을 경우, 상기 운전 중지 중인 해당 분산 발전기의 동작을 재실행시키는 제어를 수행한다. 또한, 상기 운전 중지 중인 해당 분산 발전기의 동작을 재실행시킬 때, 상기 동기화부(140)는 상기 제2 고주파 신호를 근거로 상기 해당 분산 발전기의 동작을 동기화시킨다.
또한, 상기 중앙 제어부(160)는, 신호 발생부(110), 통신부(120), 신호 검출부(130), 동기화부(140) 및 무효전력 발생부(150)의 전반적인 제어를 수행하도록 구성한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치가 적용된 전력 통신망의 구조도로서, 이에 도시한 바와 같이, 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치가 적용된 전력 통신망은, 독립적으로 전력을 생산하는 분산 발전기(100)와, 상기 분산 발전기(100)에서 생산된 전력을 소비하는 부하(200)와, 상기 부하(200)에서 사용되고 남은 전력을 상기 전력 통신망(300)을 통해 제공받는 전력 회사(400)를 포함하여 이루어진다.
상기 분산 발전기(100)는, 자체적으로 발전 설비를 갖추어 전력을 생산하도록 구성한다.
또한, 상기 분산 발전기(100)는, 상기 도 1의 신호 발생부(110), 통신부(120), 신호 검출부(130), 동기화부(140), 무효전력 발생부(150) 및 중앙 제어부(160)를 포함하고, 상기 중앙 제어부(160)의 제어에 의해 해당 분산 발전기(100)의 동작을 제어한다.
상기 부하(200)는, 상기 분산 발전기(100)에서 생산된 전력을 소비하도록 구성하며, 또한 상기 부하(200)의 자체 소비전력이 상기 분산 발전기(100)에서 생산된 전력보다 많을 경우, 상기 전력 회사(400) 또는 다른 분산 발전기를 통해 제공된 전력을 소비하도록 구성한다.
상기 전력 회사(400)는, 자체적으로 생산된 전력 또는 다른 분산 발전기들에서 사용되고 남은 여분의 전력을 취합하여, 전력을 필요로하는 임의의 분산 발전기 또는 임의의 부하에 상기 전력을 제공한다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예들에 따른 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 방법을 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 각각의 분산 발전기는 각 분산 발전기에 포함된 신호 발생부(110)를 통해 고주파 신호를 발생하고, 상기 발생된 신호를 전력선을 이용하여 복수의 다른 분산 발전기에 전송한다(S10).
이후, 상기 전력선을 이용하여 적어도 하나 이상의 분산 발전기로부터 전송된 제1 고주파 신호를 검출한다(S20).
이후, 상기 검출된 제1 고주파 신호를 근거로 분산 발전기의 동작을 동기화시킨다(S30).
또한, 상기 검출된 제1 고주파 신호를 근거로 양 또는 음의 부호 크기를 가지는 제1 무효전력을 발생한다(S40).
상기 발생된 제1 무효전력의 부호와 주기를 사용자에 의해 기설정된 무효전력의 부호 및 주기와 비교한다(S50).
상기 비교 결과, 상기 발생된 제1 무효전력의 부호가 상기 기설정된 무효전력의 부호와 다르거나, 상기 제1 무효전력의 주기가 상기 기설정된 무효전력의 주기와 기설정된 임계치 이상 차이가 날 경우, 해당 분산 발전기의 동작을 중지시키는 제어 신호를 생성하고, 상기 생성된 제어 신호에 의해 상기 해당 분산 발전기의 동작을 중지시킨다(S60).
또한, 상기 비교 결과, 상기 발생된 제1 무효전력의 부호가 상기 기설정된 무효전력의 부호와 같고, 상기 발생된 제1 무효전력의 주기가 상기 기설정된 무효전력의 주기와 기설정된 임계치 이내에 있을 경우, 중앙 제어부(160)는 해당 분산 발전기의 동작이 이전 운전 상태를 그대로 유지하도록 제어한다. 그리고, 고주파 신호를 검출하는 단계(S20)로 복귀한다(S70).
상기 분산 발전기의 운전이 중지 중인 상태에서, 상기 중앙 제어부(160)는, 상기 제1 고주파 신호 이후 수신된 제2 고주파 신호에 의해 발생된 제2 무효전력을 근거로 상기 운전이 중지된 해당 분산 발전기의 운전 가동 여부를 결정한다(S80).
즉, 상기 제2 고주파 신호에 의해 발생된 제2 무효전력의 부호가 상기 기설 정된 무효전력의 부호와 동일하고, 상기 제2 무효전력의 주기가 상기 기설정된 무효전력의 주기와 상기 기설정된 임계치 이내 범위에 있을 경우, 상기 운전 중지 중인 해당 분산 발전기의 동작을 재가동시키도록 상기 중앙 제어부(160)는 상기 해당 분산 발전기를 제어한다(S90).
또한, 상기 제2 고주파 신호에 의해 발생된 제2 무효전력의 부호가 상기 기설정된 무효전력의 부호와 다르거나, 상기 제2 무효전력의 주기가 상기 기설정된 무효전력의 주기와 기설정된 임계치 이상 차이가 날 경우, 상기 중앙 제어부(160)는 상기 운전 중지 중인 상태를 그대로 유지하도록 상기 해당 분산 발전기를 제어한다하는 단계(S60)로 복귀한다.
본 발명의 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치 및 그 방법에 의하면, 전력선 통신 및 고주파 신호를 이용함으로써, 단독 운전의 검출 효과를 증대시키고, 단독 운전을 방지시키고 또한 전체 연계된 분산 발전기들을 동기화시켜 동작시킬 수 있으므로, 그 산업상 이용가능성이 크다고 하겠다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치가 적용된 전력 통신망의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 방법의 흐름도이다.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
100: 분산 발전기 110: 신호 발생부
120: 통신부 130: 신호 검출부
140: 동기화부 150: 무효전력 발생부
160: 중앙 제어부

Claims (13)

  1. 전력선을 이용하여 적어도 하나 이상의 분산 발전기로부터 전송된 제1 고주파 신호를 검출하는 신호 검출부와;
    상기 검출된 제1 고주파 신호를 근거로 무효전력(reactive power)을 발생하는 무효전력 발생부와;
    상기 발생된 무효전력의 부호와 주기를 기설정된 무효전력의 부호 및 주기와 비교하여, 상기 비교 결과, 상기 발생된 무효전력의 부호가 상기 기설정된 무효전력의 부호와 다르거나, 또는 상기 발생된 무효전력의 주기가 상기 기설정된 무효전력의 주기와 기설정된 임계치 이상 차이가 날 경우, 전력 통신망의 임의의 라인이 정전 상태인 것으로 판단하는 중앙 제어부;
    를 포함하는 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    고주파 신호를 발생하는 신호 발생부와;
    상기 발생된 고주파 신호를 상기 전력선을 이용하여 하나 이상의 분산 발전기로 전송하는 통신부를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검출된 제1 고주파 신호를 근거로 분산 발전기의 동작을 동기화시키는 동기화부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중앙 제어부는,
    상기 전력 통신망의 임의의 라인이 정전 상태인 것으로 판단될 경우, 해당 분산 발전기의 동작을 중지시키는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 중앙 제어부는,
    상기 비교 결과, 상기 발생된 무효전력의 부호가 상기 기설정된 무효전력의 부호와 다르거나, 또는 상기 발생된 무효전력의 주기가 상기 기설정된 무효전력의 주기와 기설정된 임계치 이상 차이가 날 경우, 해당 분산 발전기의 동작을 중지시키는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치.
  6. 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙 제어부는,
    상기 해당 분산 발전기의 동작이 중지된 상태에서, 이후 수신된 제2 고주파 신호에 의해 발생된 무효전력을 근거로 상기 해당 분산 발전기의 복전 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 중앙 제어부는,
    상기 제2 고주파 신호에 따라 발생된 무효전력의 부호가 상기 기설정된 무효전력의 부호와 동일하고, 상기 제2 고주파 신호에 따라 발생된 무효전력의 주기가 상기 기설정된 무효전력의 주기와 기설정된 임계치 이내 범위에 있을 경우, 상기 해당 분산 발전기의 동작을 재실행시키는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치.
  8. 전력선을 이용하여 적어도 하나 이상의 분산 발전기로부터 전송된 제1 고주파 신호를 검출하는 단계와;
    상기 검출된 제1 고주파 신호를 근거로 무효전력을 발생하는 단계와;
    상기 발생된 무효전력의 부호와 주기를 기설정된 무효전력의 부호 및 주기와 비교하는 단계와;
    상기 비교 결과, 상기 발생된 무효전력의 부호가 상기 기설정된 무효전력의 부호와 다르거나, 상기 발생된 무효전력의 주기가 상기 기설정된 무효전력의 주기와 기설정된 임계치 이상 차이가 날 경우, 전력 통신망의 임의의 라인이 정전 상태인 것을 판단하는 단계;
    를 포함하는 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    고주파 신호를 발생하는 단계와;
    상기 발생된 고주파 신호를 하나 이상의 분산 발전기로 전송하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    이후 수신된 제2 고주파 신호에 의해 발생된 무효전력을 근거로 동작 중지된 해당 분산 발전기의 동작 가동 여부를 결정하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 해당 분산 발전기의 동작 가동 여부를 결정하는 단계는,
    상기 제2 고주파 신호에 따라 발생된 무효전력의 부호가 상기 기설정된 무효전력의 부호와 동일하고, 상기 제2 고주파 신호에 따라 발생된 무효전력의 주기가 상기 기설정된 무효전력의 주기와 기설정된 임계치 이내 범위에 있을 경우, 상기 해당 분산 발전기의 동작을 재실행시키는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 검출된 제1 고주파 신호를 근거로 분산 발전기의 동작을 동기화시키는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 전력 통신망의 임의의 라인이 정전 상태인 것을 판단될 경우, 해당 분산 발전기의 동작을 중지시키는 제어를 수행하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 방법.
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