KR101517344B1 - 배전계통에서 스마트 보호기기를 이용한 자율적 hif 구간 확인 및 분리 방법 및 그 시스템 - Google Patents

배전계통에서 스마트 보호기기를 이용한 자율적 hif 구간 확인 및 분리 방법 및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배전계통에서 스마트 보호기기를 이용한 자율적 HIF 구간 확인 및 분리 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 HIF 분류기 출력을 기반으로 자율적으로 어떠한 보호기기의 보호구간이 HIF 구간인지 확인하고, 다음 HIF 분류기 출력의 레벨에 따라 주변의 보호기기들과 그리고 스마트 홈 미터들과 통신을 고려함으로써 HIF 구간 결정의 신뢰성을 높이며, 상기 고장구간을 확인하는데 있어서, 휴리스틱 규칙들에 근거하여 자기 보호구간이 고장구간인지 아닌지 정확하고 신속하게 판단함으로써, 하나의 HIF가 스마트 배전 그리드 시스템 상의 분기선들을 가지지 않은 구간에서 발생했을 때, 스스로 다른 스마트 보호기기들과 통신에 의해 얻어진 고장정보로부터 HIF 구간을 정확하게 확인하고 분리할 수 있는 자율적 HIF 구간 확인 및 분리 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

Description

배전계통에서 스마트 보호기기를 이용한 자율적 HIF 구간 확인 및 분리 방법 및 그 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR SELF-CHECKING AND SELF-SEPARATING HIF SECTIONS BY USING SMART PROTECTION DEVICES IN A POWER DISTRIBUTION SYSTEM}
본 발명은 배전계통에서 스마트 보호기기를 이용한 자율적 HIF 구간 확인 및 분리 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 HIF 분류기(classifier) 출력에 기반하여 보호구간이 HIF 구간인지 아닌지를 확인하고, 다음 HIF 분류기 출력의 레벨에 따라 주변의 보호기기들과 그리고 스마트 홈 미터들과 통신을 고려함으로써 HIF 구간 결정의 신뢰성을 높일 수 있는 자율적 HIF 구간 확인 및 분리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
고임피던스 고장이란 배전선이 시멘트나 아스팔트 포장도로, 고무 표면 등에 떨어지거나 나무에 접촉되어 지락고장이 발생했을 때 고장경로 임피던스가 매우 높기 때문에 HIF(High Impedance Fault)라 불리며, 상기 HIF는 심각한 자산이나 인명 손실을 가져올 수 있다. 그렇지만 HIF는 고장전류가 매우작고, 높은 임피던스나 아크로 인한 불확실성을 포함하기 때문에 고장전류의 크기에 근거하는 종래 기술의 고장 검출 메커니즘을 이용하여 고장을 확인하는 것은 쉽지 않다. 그러므로 배전계통 엔지니어들은 수십 년 동안 이 문제를 풀기 위해 노력해 왔다.
이에 대한 종래의 연구들로는, 필드 시험 데이터에 기반한 HIF 전류로부터 고주파 전류 성분을 분류해내는 아크 고장 전류 검출을 위한 디지털 신호처리 알고리즘, 다른 원인들에 의해서 발생된 고조파로부터 HIF에 의해서 발생된 고조파를 구별할 수 있는 방법론, 높은 샘플링 비를 가지며 한 세트의 해석 알고리즘들로 구성된 실제적 HIF 검출 방법, 인공 시험 데이터를 이용하여 설계된 2개의 직렬 시변 저항들로 구성된 HIF 모델 및 필드 시험 데이터를 이용하여 설계된 웨이블릿 변환에 기반한 HIF 검출 알고리즘 등을 포함한 필드 시험 데이터 기반의 방법론들이 존재하였다.
또한, 상기와 같은 필드 시험 데이터 기반의 방법론들은 모두 필드 시험 데이터를 얻기 위해 요구되는 특정한 시험장소 환경으로 인한 제한을 가지기 때문에, 이를 극복하기 위해 EMTP(Electro Magnetic Transients Program) 모델 데이터에 기반을 둔 웨이블릿 해석 필터 뱅크들을 이용하는 HIF 확인법, EMTP 모델 데이터에 이용하여 설계된 디시젼-트리 법에 기반 한 HIF 검출법, EMTP 모델 데이터를 이용하여 설계된 NNR(Nearest Neighbor Rules) 분리기에 기반 한 HIF 검출법, EMTP 모델 데이터를 이용하여 설계된 웨이블릿 변환에 기반 한 HIF 검출법 등과 같은 아크 모델 기반 방법론들이 제시되어 있다. 하지만 상기 아크 모델 기반 방법론들은 EMTP 아크 모델에 기반을 둔 완전하고 신뢰할 만한 HIF 특성들을 얻는 것이 불가능하기 때문에 불확실성을 포함할 수밖에 없고, 또한 HIF 분류기로서 ANN(artificial neural network)이나 패턴 분리기들을 채택하는 대부분의 경우들에서는 그들의 출력 값이 미리 정의된 경계 값(Threshold value)보다 클 때 시스템의 상태를 HIF 상태로 판단하기 때문에 상당한 불확실성이 포함될 수 있는 문제가 있었다.
또한, 최근에는 상기에서 언급된 문제들을 극복하기 위해, 네트워크 기반 배전계통 하에서 지적 능력과 양방향 통신능력을 가지는 IED(Intelligent Electric Device)를 기반으로 한 전력공급 신뢰도 제고를 위한 방법론, 하나의 HIF가 수지상 구조를 가지는 배전 그리드 시스템에서 발생했을 때, 저전압을 경험하는 보호기기들이 선로 상의 보호기기들과 고장정보를 교환한 후, 지적 판단에 근거하여 자율적으로 HIF 구간을 확인하고 분리할 수 있는 HIF 구간 자율분리 방법론 등이 제안되고 있다. 이 같은 방법론들은 IED로 하여금 선로 상의 다른 IED들과 자유로운 정보교환을 가능하게 할 수는 있으나 HIF가 분기선들을 가지는 선로구간이나 선로 말단에서 발생했을 때 직접 적용될 수 없는 단점이 있다. 하지만 이 같은 문제는 수지상 구조 하에서 전기 수용가들이 정전을 경험한다는 사실에 입각하여 스마트 홈 미터와 통신할 수 있는 스마트 보호기기에 의해서 처리될 수 있다.
상기와 같은 이유로 인해 본 발명은 HIF 분류기 출력과 스마트 보호기기들 간이나 스마트 보호기기와 스마트 홈 미터간의 통신으로 얻어지는 고장정보를 기반으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템을 위한 하나의 새로운 HIF 분리 방법론을 제시하고자 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 창작된 것으로, 하나의 HIF가 스마트 배전 그리드 시스템 상의 분기선들을 가지지 않은 구간에서 발생했을 때, 스스로 다른 스마트 보호기기들과 통신에 의해 얻어진 고장정보로부터 HIF 구간을 정확하게 확인하고 분리할 수 있는 배전계통에서 스마트 보호기기를 이용한 자율적 HIF 구간 확인 및 분리 방법 및 그 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 스마트 배전 그리드 시스템에서 고장구간을 확인하는데 있어, 각 보호기기가 자기의 HIF 분류기 출력을 기반으로 자율적으로 자기 보호구간이 HIF 구간인지 확인하고, 고장구간을 분리할 수 있는 배전계통에서 스마트 보호기기를 이용한 자율적 HIF 구간 확인 및 분리 방법 및 그 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 가 보호기기가 HIF 분류기 출력의 레벨에 따라 주변의 보호기기들과 그리고 스마트 홈 미터들과 통신을 고려함으로써 HIF 구간 결정의 신뢰성을 높일 수 있는 배전계통에서 스마트 보호기기를 이용한 자율적 HIF 구간 확인 및 분리 방법 및 그 시스템을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기 고장구간을 확인하는데 있어서, 휴리스틱 규칙들에 근거하여 자기 보호구간이 고장구간인지 아닌지 정확하고 신속하게 판단할 수 있는 배전계통에서 스마트 보호기기를 이용한 자율적 HIF 구간 확인 및 분리 방법 및 그 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 중앙제어장치의 간섭 없이 자기 스스로 자기 보호구간이 고장구간인지 아닌지 여부를 판단한 후, 고장 구간을 정확히 분리함으로써 고장구간 분리 지연시간을 최소로 줄일 수 있는 배전계통에서 스마트 보호기기를 이용한 자율적 HIF 구간 확인 및 분리 방법 및 그 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 배전 그리드 시스템은, 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기; 적어도 하나 이상의 스마트 홈 미터; 상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 배전 선로; 및 상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 유선, 무선 또는 이들의 조합을 포함한 양방향 통신 선로;를 포함하며, 상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기는 전류값, 전압값, 전류방향 또는 이들의 조합을 포함한 계측을 수행하여 고임피던스고장(HIF)으로 판단되는 경우, 자기보호구간 상의 스마트 보호기기들과 양방향 통신을 수행하여 고장정보를 수집하고, 자기보호구간의 고장구간 여부를 확인하며, 상기 확인된 결과를 바탕으로 고장구간 상의 스마트 보호기기들에 보호기기의 개방 명령과 관련된 양방향 통신을 수행하여, HIF 구간을 스마트 배전 그리드 시스템에서 자동으로 분리하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 스마트 배전 그리드 시스템에서, 상기 스마트 보호기기는, FRTU(Feeder Remote Terminal Unit)가 부착되는 차단기, 개폐기 또는 리클로우저를 포함하는 보호기기이며, 상기 보호기기는 입력되는 3상 전압과 전류 및 출력되는 3상 전압에 대한 데이터를 각각 측정하는 센서를 포함하며, 상기 FRTU는 상기 측정된 데이터를 전달받아 배전 선로의 고장여부를 판단하고, 상기 판단 결과를 양방향 통신수단을 통해서 인접 스마트 보호기기와 교환하고, 상기 스마트 보호기기는 입력되는 전압값과 전류값에 대해서 DWT 또는 DFT를 포함한 주파수 변환기법을 이용하여 주파수 성분으로 변환하는 주파수 변환부; 및 상기 주파수 변환된 입력 데이터를 통해서 고임피던스고장(HIF) 구간을 판단하는 규칙기반 고장구간 판단부;를 포함하며, 상기 규칙기반 고장구간 판단부는, 하나의 HIF가 배전선로 상의 말단구간에서 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 γ(HIF 상태인지 판단하는 확실성과 불확실성의 경계값)이상이고 그것의 보호구간이 선로말단이면 그것의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하고; 하나의 HIF가 배전선로 상의 말단구간에서 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α(HIF 상태인지 판단하는 최저값)보다 크나 γ(HIF 상태인지 판단하는 확실성과 불확실성의 경계값)보다 작고 상기 스마트 보호기기의 보호구간이 선로말단구간이고 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하며; 하나의 HIF가 배전선로 상의 간선구간에 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α(HIF 상태인지 판단하는 최저값)보다 크고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중의 하나가 저전압을 경험하면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하고; 하나의 HIF가 배전선로 상의 말단구간이 아닌 지선구간에서 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 γ(HIF 상태인지 판단하는 확실성과 불확실성의 경계값)이상이고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중 하나도 HIF 전류를 경험하지 않는다면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하며; 하나의 HIF가 배전선로 상의 말단구간이 아닌 지선구간에서 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α(HIF 상태인지 판단하는 최저값)보다 크나 γ(HIF 상태인지 판단하는 확실성과 불확실성의 경계값)보다 작고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중 하나도 저전압을 경험하지 않고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중 하나도 HIF를 경험하지 않으며 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하고; 하나의 HIF가 배전선로 상의 변전소 변압기와 분산전원 사이에서 발생했을 경우로서, 만약 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α(HIF 상태인지 판단하는 최저값)보다 크고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중 하나의 전류의 방향이 반대이면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
한편, 스마트 배전 그리드 시스템에서 자율적으로 HIF 구간을 판별하고 분리하는 방법은, 상기 스마트 보호기기가 각 상에 대한 전류값, 전압값, 전류방향, 전압방향, 전압위상, 전류위상 또는 이들의 조합을 포함한 상태를 계측하는 단계; 상기 상태에 대한 계측값을 기반으로 고임피던스고장(HIF) 구간을 판단하는 단계; 및 상기 판단된 결과를 바탕으로 고임피던스고장 구간 상의 스마트 보호기기들에 보호기기의 개방 명령과 관련된 양방향 통신을 수행하여, 고장구간을 스마트 배전 그리드 시스템에서 자동으로 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 스마트 배전 그리드 시스템에서 자율적으로 HIF 구간을 판별하고 분리하는 방법에서, 상기 고임피던스고장 구간을 판단하는 단계는, 상기 스마트 보호기기가 상기 계측된 각 상에 대한 계측값을 미리 정의된 값과 비교하여, 휴리스틱 규칙을 적용하여 해당 규칙을 만족하면 고장구간으로 판단하는 단계; 및 상기 판단한 결과, 고임피던스고장으로 판단되는 경우, 자기보호구간 상의 스마트 보호기기들과 양방향 통신을 수행하여 고장정보를 수집하고, 자기보호구간의 고장구간 여부를 확인하는 단계;를 포함하고, 상기 휴리스틱 규칙은, 하나의 HIF가 배전선로 상의 말단구간에서 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 γ(HIF 상태인지 판단하는 확실성과 불확실성의 경계값)이상이고 상기 스마트 보호기기의 보호구간이 선로말단이면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하며; 하나의 HIF가 배전선로 상의 말단구간에서 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α(HIF 상태인지 판단하는 최저값)보다 크나 γ(HIF 상태인지 판단하는 확실성과 불확실성의 경계값)보다 작고 상기 스마트 보호기기의 보호구간이 선로말단구간이고 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하고; 하나의 HIF가 배전선로 상의 간선구간에 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α(HIF 상태인지 판단하는 최저값)보다 크고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중의 하나가 저전압을 경험하면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하며; 하나의 HIF가 배전선로 상의 말단구간이 아닌 지선구간에서 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 γ(HIF 상태인지 판단하는 확실성과 불확실성의 경계값)이상이고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중 하나도 HIF 전류를 경험하지 않는다면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하고; 하나의 HIF가 배전선로 상의 말단구간이 아닌 지선구간에서 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α(HIF 상태인지 판단하는 최저값)보다 크나 γ(HIF 상태인지 판단하는 확실성과 불확실성의 경계값)보다 작고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중 하나도 저전압을 경험하지 않고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중 하나도 HIF를 경험하지 않으며 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하며; 하나의 HIF가 배전선로 상의 변전소 변압기와 분산전원 사이에서 발생했을 경우로서, 만약 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α(HIF 상태인지 판단하는 최저값)보다 크고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중 하나의 전류의 방향이 반대이면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
아울러 고임피던스고장(HIF) 구간을 판단하기 위한 구간 모델링 방법을 적용한 스마트 배전 그리드 시스템은, 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기; 적어도 하나 이상의 스마트 홈 미터; 상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 배전 선로; 및 상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 유선, 무선 또는 이들의 조합을 포함한 양방향 통신 선로;를 포함하며, 상기 각 구간은 스마트 보호기기들의 집합, 각 스마트 보호기기들의 양방향 전압들 중 어느 측이 상기 구간에 포함되는지 나타내기 위해 요구되는 전압방향들의 집합 및 각 구간 내에 있는 스마트 홈 미터들의 집합;을 포함하도록 정의되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 고임피던스고장(HIF) 구간을 판단하기 위한 구간 모델링 방법을 적용한 스마트 배전 그리드 시스템에서, 상기 구간은, 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기에 대해서 업스트림 또는 다운스트림의 전기적 연결성을 추적하기 위해 변압기를 포함한 소스 전원으로부터 흐르는 전류방향을 기반으로 하나의 소스 구간 및 싱크 구간을 결정하며, 상기 스마트 보호기기의 업스트림 보호기기들은 상기 스마트 보호기기의 소스 구간의 스마트 보호기기들 중에서 자신을 제외한 스마트 보호기기들이며, 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들은 상기 스마트 보호기기의 싱크 구간의 스마트 보호기기들 중에서 자신을 제외한 스마트 보호기기들인 것을 특징으로 하며, 상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기는 고장 시, 선로상의 인근 스마트 보호기기들과 전압 값, 전류 값, 전류방향 또는 이들의 조합을 포함하는 고장정보를 교환한 후, 휴리스틱 규칙들에 기반하여 상기 스마트 보호기기가 락 아웃 상태로 개방되기 전에 고장 구간을 확인하고 분리하도록 설계되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 배전계통에서 스마트 보호기기를 이용한 자율적 HIF 구간 확인 및 분리 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 HIF 분류기 출력을 기반으로 자율적으로 어떠한 보호기기의 보호구간이 HIF 구간인지 확인하고, 다음 HIF 분류기 출력의 레벨에 따라 주변의 보호기기들과 그리고 스마트 홈 미터들과 통신을 고려함으로써 HIF 구간 결정의 신뢰성을 높이며, 상기 고장구간을 확인하는데 있어서, 휴리스틱 규칙들에 근거하여 자기 보호구간이 고장구간인지 아닌지 정확하고 신속하게 판단함으로써, 하나의 HIF가 스마트 배전 그리드 시스템 상의 분기선들을 가지지 않은 구간에서 발생했을 때, 중앙제어장치의 간섭 없이 자기 스스로 다른 스마트 보호기기들과의 통신에 의해 얻어진 고장정보로부터 HIF 구간을 정확하게 확인하고, 그 고장구간을 정확하게 분리함으로써 고장구간 분리 시간을 최소화하여, 고장의 여파가 인접한 구간으로 전파되지 않도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 기술에 의한 배전 자동화 시스템의 구성과 보호기기의 기능에 대해 설명하기 위한 예시도.
도 2는 본 발명을 적용하기 위한 스마트 배전 그리드 시스템을 설명하기 위한 예시도.
도 3은 스마트 배전 그리드 시스템에서 양방향 통신을 위한 구간 모델링에 대해 설명하기 위한 예시도이다.
도 4은 본 발명에 따른 스마트 보호기기의 하드웨어 구성에 대해 설명하기 위한 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 스마트 보호기기 솔루션의 구성에 대해 설명하기 위한 예시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 통신을 위한 새로운 구간 모델링에 대해 설명하기 위한 예시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 보호기기 솔루션의 HIF 추론절차에 대해 설명하기 위한 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 배전계통에서 스마트 보호기기를 이용한 자율적 HIF 구간 확인 및 분리 방법 및 그 시스템의 일 실시예에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 종래의 기술에 의한 배전 자동화 시스템의 구성과 보호기기의 기능에 대해 설명하기 위한 예시도이다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 종래의 배전 자동화 시스템(10)은 중앙 기반, 원격 기반, 폴링 기반 단방향 통신에 근거하여 고장감시와 관리의 모든 업무를 수행한다. 배전계통은 임의의 고장이나 작업정전 시 정전구간을 최소화하기 위해 다분할 다연계 구조로 설계되어 있다. 즉, 선로상의 임의의 고장을 제거하고 분리하기 위해, 선로보호용 차단기 CB(Circuit Breaker), 리클로우저 그리고 개폐기와 같은 보호기기(11), 상기 보호기기(11)에 연결되어 있는 FRTU(Feeder Remote Terminal Unit)(12) 및 중앙제어장치(13)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 배전 자동화 시스템(10)은 단방향 통신을 통해서 중앙제어장치에서 개별적인 FRTU를 통해서 복수의 개별적인 보호기기에 대한 상태를 폴링하여 고장정보를 수집하며, 이들의 상태에 따라 중앙제어장치에서 고장여부를 판단하고, 상기 판단결과에 따라 각 보호기기를 원격에서 제어함으로써 고장구간을 분리한다.
좀 더 상세하게는, 상기 개폐기들은 고장구간이나 작업구간을 분리하기 위한 구간 개폐기와 건전 정전구간을 타 선로로 절체하기 위한 연계용 개폐기들로 분류될 수 있으며, 상기 배전 자동화 시스템(10)은 단방향 통신에 근거하여 선로 상의 보호 기기들을 감시하고 있다가, 고장 시 그들을 제어하여 고장구간을 분리하고 건전 정전구간을 인근 선로들로 절체하는 기능을 포함한다. 상기 FRTU의 기능은 3상 전압, 전류, 위상, 개폐기의 상태 또는 이들의 조합에 대한 선로의 상태를 계측하여, 중앙제어장치의 명령에 따라 수집된 데이터를 중앙제어장치로 전송하고, 중앙제어장치의 명령에 따라 개폐기를 조작하게 된다. 배전 자동화 시스템 중앙제어장치(13)의 기능은 폴링방식으로 FRTU로부터 3상 전압, 전류, 위상, 개폐기의 상태 또는 이들의 조합에 대한 선로의 상태에 대한 데이터를 수집하고 이들을 저장하며, 고장 감시를 위해 미리 정해진 시간주기에 따라 폴링을 수행하는 것이 가능하며, 상기 폴링은 시간주기를 짧게 지정할수록 FRTU로부터 고장 정보(FI: Fault Information)를 보다 자주 수집할 수 있어, 더욱 정밀하게 고장 감시하는 것이 가능하다. 또한 상기 수집한 개별적인 FRTU로부터의 고장 정보를 바탕으로 고장 구간을 판단하고, 부하융통 전략을 수립하여, 순차적으로 FRTU에 개폐기 조작 명령을 전달함으로써 부하 절체를 수행하게 된다.
상기와 같은 중앙기반, 원격기반, 폴링기반 단방향 통신에 근거한 배전 자동화 시스템(10)은 고장분리시간의 지연 때문에 전력 공급 신뢰도가 심각하게 저하될 수 있다. 따라서, 중앙제어장치의 간섭 없이 자기 스스로 자기 보호구간이 고장구간인지 아닌지 여부를 판단한 후, 고장 구간을 정확히 분리함으로써 고장구간 분리 지연시간을 최소로 줄일 수 있는 하나의 스마트 보호기기가 요구되고 있다.
도 2는 본 발명을 적용하기 위한 스마트 배전 그리드 시스템을 설명하기 위한 예시도로서, 이에 도시되어 있는 바와 같이, 스마트 배전 그리드 시스템(20)은 태양광 발전기와 풍력 발전기와 같은 분산전원(21)을 가지고 있다. 심볼 ●는 투입상태의 보호기기, 심볼 ○는 개방상태의 보호기기이고, 스마트 배전 그리드 시스템은 기존 배전계통과 달리 트리구조 선로 (피더 F2, F3)(24, 24-1)와 분산전원으로 인한 루프구조 선로 (피더 F1)(23)를 나타낸다. 또한, 배전선로 세로라인에 위치한 보호기기는 구간 개폐기이고, 배전선로 가로라인에 위치한 보호기기는 각 구간을 연계해주는 연계 개폐기를 나타낸다. 상기 구간 개페기와 연계 개폐기를 통해 스마트 배전 그리드 시스템은 트리구조 및 루프구조의 배전선로 상에서 효과적으로 고장구간을 분리할 수 있다. 그리고 스마트 배전 그리드 시스템(20)에서는 기존 배전 자동화 시스템(10)과는 달리 고속 디지털 통신 네트워크에 근거하여 선로상의 보호기기들 간에 고속 정보교환이 가능하다.
일반적으로 하나의 HIF가 도 2에 보인바와 같이 수지상 구조를 가지는 배전선로 상에서 발생했을 때, 고장구간으로부터 업스트림(Upstream) 보호기기들은 HIF 전류들을 경험하는 반면에, 다운스트림(Downstream) 보호기기들은 HIF 전류를 경험하지 않거나 저전압을 경험할 수 있다. 여기서 업스트림 보호기기는 배전선로의 전원에서 고장구간 사이에 있는 보호기기를 말하고, 다운스트림 보호기기는 고장구간 이후에 위치한 보호기기를 말한다.
예를 들어 하나의 HIF가 태양광 분산전원(21)을 전원 측에 가지는 배전선로 F2상의 보호기기 S3와 보호기기 S4 사이에서 발생할 때(또는 분산전원을 가지지 않는 배전선로 F3상의 보호기기 S5와 보호기기 S6 사이에서 발생할 때) 만약, 하나의 업 스트림 보호기기 S3(또는 S5)가 HIF 전류를 경험하고 하나의 다운스트림 보호기기 S4(또는 S6)가 저전압을 경험한다면 그것의 보호구간이 HIF 구간이 되는 것이다. 따라서 만약 하나의 HIF가 선로 상에서 발생하면, 선로 상의 업스트림 스마트 보호기기들은 그들의 보호구간으로 흘러들어오는 HIF 전류를 검출하고, 그들 중의 하나는 선로 상의 자기 이웃 스마트 보호기기들이 저전압을 경험하는지 아닌지의 여부를 확인함으로써 그것의 보호구간을 HIF 구간으로 확인할 수 있다.
하지만, 하나의 HIF가 태양광 분산전원을 부하 측에 가지는 루프구조 선로 F1상의 보호기기 S1과 보호기기 S2 사이에서 발생할 때 하나의 업 스트림 보호기기 S1이 HIF 전류를 경험하고 동시에 하나의 다운스트림 보호기기 S2 또한 분산전원으로부터의 역전류로 인해 저전압을 경험하지 않거나 HIF 전류를 경험할 수 있기 때문에 그것의 보호구간이 HIF 구간인지 아닌지를 확인하기 어렵다.
도 3은 스마트 배전 그리드 시스템에서 양방향 통신을 위한 구간 모델링에 대해 설명하기 위한 예시도이다.
이에 도시되어 있는 바와 같이, 배전계통의 실제 선로들은 도 2에 보인 단순한 선로와는 달리 도 3에 보인 바와 같이 분기선들이나 말단선로들을 포함하는 복잡한 구조를 가진다. 참고로, 도 3에 도시된 DG(Distributed Generation)는 스마트 배전 그리드 시스템의 분산전원을 의미하며, CB(Circuit Breaker)는 배전선로 상에 설치된 개폐기를 의미하고, S/S(SubStation)는 스마트 배전 그리드 시스템에 전력을 공급하는 변전소 변압기를 의미한다. 또한, Si는 배전선로 상에 설치된 i번째 스마트 보호기기이며, 상기 배전선로는 연계 스위치(연계 개폐기(Tie Switch))를 통해 인접 배전선로와 연결된다.
또한, 도 3에서 구간(Zone)은 보호기기들에 의해 둘러싸이는 지역을 표시한다. 각 보호기기들은 스마트 배전 그리드 시스템(20)의 양방향 통신능력을 기반으로 전기적 연결성을 추적할 수 있도록 하나의 전원구간(Source Zone)(210)과 하나의 부하구간(혹은 보호구간)(Sink Zone (Protection Zone))(220)을 가진다. 예를 들면, 스마트 보호기기 S6는 전류흐름에 기반하여 구간(Zone) A를 잔원구간(Source Zone)(210), 구간(Zone) B를 보호구간(Sink Zone(Protection Zone))(220)으로 가지고, S3은 구간(Zone) A를 전원구간(Source Zone)(210), 구간(Zone) C를 보호구간(Sink Zone(Protection Zone))(220-1)으로 가진다.
상기와 같은 상황 하에서, 만약 하나의 HIF가 분기선이나 구간(Zone) C와 같은 말단 구간(ZONE)(230) 상에서 발생한다면 다운스트림 보호기기들이 저전압이나 HIF 전류를 경험하지 않거나 또는 다운스트림 보호기기들이 설치되어 있지 않은 구간에서는 저전압이나 HIF 전류 경험여부를 확인할 수 없어 종래의 기술로는 그 고장을 확인할 수 없는 문제가 있다. 예를 들어, 만약, 하나의 HIF가 Zone(구간) A, 구간(Zone) B 또는 구간(Zone) C와 같은 분기선들을 가지지 않는 선로구간상의 임의의 위치에서 발생한다면 그것은 위에 언급된 지식에 근거하여 검출될 수 있다. 반면에, 만약 그것이 Zone{CB, S1}, 말단 Zone{S8,-}, Zone{S7, S9, S10}, Zone{S9, S11} 또는 말단 Zone{S10,-}의 임의의 분기선로 상에서 발생한다면, 그것은 종래의 기술로는 확인될 수 없다.
따라서 하나의 HIF가 스마트 배전 그리드 시스템의 분기선로 상에 발생했을 때, 스스로 다른 스마트 보호기기들과 통신에 의해 얻어진 고장정보로부터 HIF 구간을 정확하게 확인하고 분리할 수 있는 하나의 새로운 방법론이 요구된다.
이하, 새롭게 첨부된 도면을 참조하여 상기 기재한 본 발명에 따른 배전계통에서 스마트 보호기기를 이용한 자율적 HIF 구간 확인 및 분리 방법 및 그 시스템의 일 실시예를 구체적으로 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명에 따른 스마트 보호기기의 하드웨어 구성에 대해 설명하기 위한 예시도로서, 본 발명의 스마트 보호기기(100)는 LIF(Low Impedance Fault) 또는 HIF(High Impedance Fault) 전류검출 시, 스마트 배전 그리드 시스템의 고속 양방향 통신을 통하여 주위의 스마트 보호기기들과 정보를 교환함으로써, 자기 스스로 고장 구간을 확인, 분리할 수 있는 지능이 부여된 스마트 배전 그리드 시스템을 위한 지능형 보호기기이다.
상기 스마트 보호기기(100)는 22.9 kV 3상 배전선로에 연결되며, 크게 보호기기부(110)와 FRTU(Feeder Remote Terminal Unit)부(120)로 구성된다. 상기 보호기기부(110)는 보호기기 설치지점을 기준으로 전원 측 3상 전압(A상 전압 VA, B상 전압 VB, C상 전압 VC)을 측정하기 위해 전압센서(VSA, VSB, VSC)(111)가 설치되며, 부하 측 3상 전압(R상 전압 VR, S상 전압 VS, T상 전압 VT)을 측정하기 위해 전압센서(VSR, VSS, VST)(113)가 설치된다. 또한, 전원 측에는 3상 전류(A상 전류, B상 전류, C상 전류)를 측정하기 위해 전류센서(CTA, CTB, CTC)(112)가 설치된다.
또한, 상기 FRTU 부(120)는 서지 보호 회로(121), 구동부 릴레이 회로(122), DI 계폐기 상태 및 AI 전류 및 전압을 계측하는 계측부(123), 마이크로 프로세서(124), RTC(Real Time Clock) 칩(125), RS232C 2포트(직렬 2포트)(126), 전원부(127), DC/DC 컨버터(128), RAM(129), EPROM(130), LCD 표시등 및 키(131), 유무선 네트워크 카드(132), 양방향 통신을 위해 유무선 네트워크 통신포트(133), 양방향 무선통신 안테나(134) 및 배터리(135)를 포함하여 구성되어 있다. 참고로, 상기 AI는 아날로그 입력, DI는 디지털 입력을 의미한 것이다.
상기 스마트 보호기기(100)는 배전선로 상에 위치하며, 입력되는 3상 전원은 FRTU의 명령에 따라 출력되는 3상 전원과 연결시키거나 혹은 분리시킬 수 있다. 즉, 입력되는 3상 전원과 출력되는 3상 전원으로부터 전압값, 전류값, 전류방향 또는 이들의 조합을 측정하여 FRTU로 입력하면, FRTU에서는 이런 측정된 값에 근거하여 배전선로의 고장여부를 판단한 후, 보호기기에 입력되는 3상 전원은 출력되는 3상 전원과 연결시키거나 혹은 분리시키도록 명령한다. 보호기기부(110)는 측정된 전압값, 전류값. 전류방향 또는 이들의 조합을 바탕으로 FRTU에서 판단한 결과에 따라 그 명령을 수신 받고 전원을 차단하거나 연결하거나 하는 역할을 수행한다. FRTU는 서지 보호 회로(121)에 의해서 과전압 혹은 과전류로부터 보호되어야 하며, 스마트 보호기기의 상태를 디지털값으로 입력받으며, 상기 전압값, 전류값, 전류방향 또는 이들의 조합에 대해서 아날로그 입력으로 신호를 신호를 수신하게 된다. 계측부(123)는 입력된 각 계측신호에 대해서 아날로그를 디지털로 변환(A/D 변환)하거나, 계측값을 선택적으로 입력받을 수 있으며, 계기용 변압기(PT)와 계기용 변류기(CT)를 포함하여 구성될 수 있다. 3상 전압, 전류, 위상, 개폐기의 상태 또는 이들의 조합에 대한 선로의 상태에 대한 데이터는 마이크로프로세서 CPU/DSP(124), RAM(129) 등에 입력되어 저장되고, 마이크로프로세서는 수집한 개별적인 고장 정보를 바탕으로 고장 구간을 판단하고, 부하융통 전략을 수립하여, 개폐기 조작 명령을 전달함으로써 부하 절체를 수행하도록 제어하게 된다. 또한 유무선 네트워크 카드(132)와 양방향 유선 통신포트(133) 및 양방향 무선 통신 안테나(134)를 통해서 인접 스마트 보호기기와의 통신이 가능하다. RTC(125)는 FRTU 사이의 시간동기, 자체 타이머 가동 등을 위해서 필요하며, RD232C 포트(126)을 통해서 사용자가 직접적으로 상기 마이크로프로세서에 접근하여 제어하는 것이 가능하며, 필요에 따라 인접한 위치에 있는 디바이스와 연결하여 FRTU를 제어할 수도 있다. FRTU는 자체 배터리를 활용하여 동작하는 것이 가능하며, 필요에 따라 충전설비를 이용하여 전력을 공급받을 수도 있다. 아울러, FRTU는 자체, 원격, 통신포트를 통한 직접적인 연결 또는 이들의 조합중 적어도 하나 이상을 통해서 입출력장치와 접속하여 제어하는 것도 가능하다. 상기 입출력 장치에는 LCD와 키입력을 포함하여 키보드 및 스마트 폰을 통한 가상 입출력 장치를 이용하여 접속하는 것도 가능하다. FRTU는 EPROM(130)을 통해서 FRTU가 동작하기 위한 초기값을 설정 및 저장하거나, 스마트 보호기기의 초기화 시 및 재가동 시에 필요한 파라미터를 저장하였다가 RAM(129)에 업로드하여 사용하는 것도 가능하다.
도 5는 본 발명에 따른 스마트 보호기기 솔루션의 구성에 대해 설명하기 위한 예시도이다.
도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 스마트 보호기기 솔루션은 기본적으로 저임피던스 고장 (LIF : Low Impedance Fault) 판단부(150)와 고임피던스 고장 (HIF : High Impedance Fault) 판단부(160) 그리고 통신부(170)를 포함하여 구성된다. 상기 LIF 판단부(150)는 RMS 계산부(151)와 규칙기반 LIF 구간 판단부(152)로 구성되는데, 상기 RMS 계산부(151)는 각 상 전류의 실효치를 계산하며 규칙기반 LIF는 그 실효값들과 미리 정의된 보호구간(Sink Zone) 정보와 휴리스틱 규칙들을 기반으로 통신부의 모듈을 이용하여 주위 스마트 보호기기들로부터 고장정보를 수집하고, LIF 고장구간을 판단하며, 고장분리를 수행한다. 상기 통신부(170)는 스마트 보호기기 간, 스마트 보호기기와 스마트 미터 간 데이터 통신을 수행하여 인접한 스마트 보호기기의 상태를 수집하여 LIF 판단부(150) 및 HIF 판단부(160)로 송신하고, 자신의 스마트 보호기기에 대한 상태 정보를 전달받아 외부로 송신하는 역할을 수행한다. 만약 LIF 판단부(150)가 고장확인에 실패하면 HIF 판단부(160)가 구동된다. 상기 HIF 판단부(160)는 DWT(Discrete Wavelet Transform) 또는 DFT(Discrete Fourier transform) 구간 변환부(161), HIF 분류기(혹은 분리기라고도 함)(classifier)(162)와 규칙기반 HIF 구간 판단부(163)로 구성되는데, 상기 HIF classifier(162)는 다층 퍼셉트론 구조의 인공신경회로망(ANN : Artificial hhNeural Network)으로 설계되어 HIF 고장 가능성을 판단하며, 규칙기반 HIF 구간 판단부(163)는 HIF classifier(162)의 출력 값과 미리 정의된 보호구간(Sink Zone) 정보와 휴리스틱 규칙들을 기반으로 통신부(170)의 모듈을 이용하여 주위 스마트 보호기기들로부터 고장정보를 수집하고, HIF 구간을 판단하며, 고장 분리를 수행한다.
더욱 상세하게는 RMS 계산부(151)에서 스마트 보호기기에 입력된 전압값과 전류값에 대해서 실효값(RMS)을 계산하고, 상기 계산된 실효값을 토대로 규칙을 기반으로 저임피던스고장(LIF)이 발생한 구간을 판단하고, 이를 통신부를 통해서 인접 스마트 보호기기로 전송한다. 한편, 입력된 전압값과 전류값에 대해서 DWT 또는 DFT를 수행하여 입력값을 복수의 주파수 성분으로 분리한 후 이들을 고임피던스 고장(HIF) 분리기(classifier)(162)를 통해서 구분하고 해당 구분된 고장에 대해서 HIF 구간을 판단하여 인접한 스마트 보호기기로 전송하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 통신을 위한 새로운 구간 모델링에 대해 설명하기 위한 예시도이다.
참고로 도 6의 DG(Distributed Generation)는 스마트 배전 그리드 시스템의 분산전원을 의미하며, CB(Circuit Breaker)는 배전선로 상에 설치된 개폐기를 의미하고, S/S(SubStation)는 스마트 배전 그리드 시스템에 전력을 공급하는 변전소 변압기가 설치된 배전 변전소를 의미한다. 또한, Si는 i번째 스마트 보호기기를 의미하며, Hi 는 i번째 스마트 홈 미터 포인터에 설치되는 스마트 홈 미터를 표시한다.
도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 새로운 구간 모델링은 하나의 HIF가 선로 간선이나 분기선로 상에서 발생했을 때, 본 발명의 휴리스틱 규칙들(아래에서 상세하게 설명하도록 함)에 근거하여 HIF 구간을 진단할 수 있도록 도 3에 보인 구간 모델링과는 달리 스마트 보호기기는 물론 스마트 홈 미터들을 포함하도록 새롭게 {SPDS(Smart Protection Device Set), VDS(Voltage Direction Set), SHMS(Smart Home Meter Set)}로 정의된다. 여기서 SPDS는 구간을 구성하는 스마트 보호기기들의 집합, VDS는 SPDS에 포함되는 각 보호기기들의 양 방향 전압들 중 어느 측이 정의되는 구간에 포함되는지를 나타내기 위해 요구되는 전압 방향(R은 RST상 전압을, A는 ABC상 전압을 나타낸다)들의 집합, SHMS는 구간 내에 있는 스마트 홈 미터들의 집합을 의미한다. 여기서 VDS는 연계 개폐기의 전압 정보를 처리할 때 필요로 된다.
도 6에 도시되어 있는 배전계통의 구간(Zone)의 일예들을 보면, 구간(Zone) A는 {{S1, S2, S3, S5},{R, A, A, A},{{}}, 구간(Zone) B는 {{S6, S7, S8},{R, A, A},{H11, H12}} 그리고 구간(Zone) C는 스마트 기기 세트 {{S8},{R},{H8, H9, H10}}로 표시된다. 이때 구간(Zone) A에서 스마트 보호기기 세트 SPDS는 {S1, S2, S3, S5}, 전압방향 세트 VDS는 {R, A, A, A}, 스마트 홈 미터 세트 SHMS는 존재하지 않는다. 또한, 구간(Zone) B에서 스마트 보호기기 세트 SPDS는 {S6, S7, S8}, 전압방향 세트 VDS는 {R, A, A}, 스마트 홈 미터 세트 SHMS는 {H11, H12}이고, 구간(Zone) C에서 스마트 보호기기 세트 SPDS는 {S8}, 전압방향 세트 VDS는 {R}, 스마트 홈 미터 세트 SHMS는 {H8, H9, H10}이다.
또한, 각 스마트 보호기기는 업스트림 또는 다운스트림 전기적 연결성을 추적하기 위해 변전소 변압기로부터 흐르는 전류방향을 기반으로 하나의 전원구간(Source Zone)과 보호구간(Sink Zone)을 가진다. 예를 들면, 스마트 보호기기 S5는 구간(zone) A를 전원구간(Source Zone), 구간(zone) {{S5, S6},{R,A},{H6, H7}}을 보호구간(Sink Zone)으로 가지게 된다. 여기서 스마트 보호기기 S5의 업스트림 보호기기들은 S5의 전원구간(Source Zone)(zone A)의 보호기기들 중 자기를 제외한 것으로서 {S1, S2, S3}이고, S5의 다운스트림 보호기기들은 S5의 보호구간(Sink Zone)의 보호기기들 중 자기를 제외한 것으로서 {S6}이 되는 것이다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 HIF 구간을 판단하는데 사용되는 휴리스틱 규칙에 대해서 설명하도록 한다.
일반적으로 ANN(Artificial Neural Network) 기반 HIF 분리기(classifiers)는 그들의 출력 값들이 α보다 크고 1.0보다 작거나 같을 때 시스템의 상태를 HIF 상태로 결정한다. 여기서 그것의 추론 결과들이 불확실성을 포함할 수 있기 때문에, α와 1사이에 놓이는 확실성과 불확실성의 경계 값 (Threshold Value 또는 Boundary Value) γ를 결정하는 것이 매우 중요한다. 일반적으로 α를 0.5로 놓을 수 있지만 γ를 결정하는 것은 매우 어려운 작업이다. 따라서 γ를 확실성을 보장할 수 있을 만큼 충분히 높은 값으로 한다는 가정 하에서, ANN의 출력 값이 α보다 크고 γ보다 낮을 때 불확실성을 제거할 수 있는 방법론을 얻는 것이 바람직하다. 따라서 ANN의 출력 값이 γ보다 작을 때 불확실성을 제거할 수 있는 새로운 방법론이 요구된다. 이 문제는 도 6에 보인 바와 같이, HIF가 배전선로의 간선구간의 위치 f2에서 발생했을 때 고장위치 f2로부터 다운스트림 보호기기들 S7과 S8 이 저전압들을 경험하고, 그리고 HIF가 배전선로의 간선구간의 위치 f4에서 발생했을 때 고장위치 f4로부터 다운스트림 보호기기들 S2, S3 및 S5가 저전압들을 경험하거나 HIF 전류들을 경험하지 않는다는 사실에 근거하여 쉽게 해결될 수 있다. 반면에 HIF가 배전선로의 분기선상의 위치 f1에서 발생했을 때, 다운스트림 보호기기가 존재하지 않고, HIF가 배전선로의 분기선상의 위치 f3에서 발생했을 때, 다운스트림 보호기기 S6이 저전압이나 HIF 전류를 경험하지 않기 때문에 이 문제를 푸는 것은 매우 어렵다. 다행히도 HIF가 배전선로의 분기선 상의 위치 f1이나 f3에서 발생했을 때 고장위치 f1로부터 다운스트림 스마트 홈 미터 H8나 고장위치 f3로부터 다운스트림 스마트 홈 미터 H6이 저전압을 경험한다. 상기와 같은 지식에 근거하여 HIF를 진단하기 위한 휴리스틱 규칙(HR : Heuristic Rule)을 얻을 수 있다. 도 6에 도시된 것과 같이 하나의 HIF가 위치 f1에서 발생했을 때 HR 1 과 HR 4, 위치 f2, f4에서 발생했을 때 HR 2, 그리고 위치 f3에서 발생했을 때 HR 3 과 HR 5가 적용될 수 있다. 또한, 분산전원이 부하 측에 배치되어 있을 때는 HR 6이 적용될 수 있다.
HR 1: 하나의 HIF가 위치 f1에서 발생했을 경우, 만약 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 γ이상이고 그것의 보호구간이 선로말단이면 그것의 보호구간이 HIF 구간이다.
HR 2: 하나의 HIF가 위치 f2 또는 f4에서 발생했을 경우, 만약 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α보다 크고 그것의 다운스트림 보호기기들 중의 하나가 저전압을 경험하면 그것의 보호구간이 HIF 구간이다.
HR 3: 하나의 HIF가 위치 f3에서 발생했을 경우, 만약 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 γ이상이고 그것의 다운스트림 보호기기들 중 하나도 HIF 전류를 경험하지 않는다면 그것의 보호구간이 HIF 구간이다.
HR 4: 하나의 HIF가 위치 f1에서 발생했을 경우, 만약 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α보다 크나 γ보다 작고 그것의 보호구간이 선로말단구간이고 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면 그것의 보호구간이 HIF 구간이다.
HR 5: 하나의 HIF가 위치 f3에서 발생했을 경우, 만약 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α보다 크나 γ보다 작고 그것의 다운스트림 보호기기들 중 하나도 저전압을 경험하지 않고 그것의 다운스트림 보호기기들 중 하나도 HIF를 경험하지 않고 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면 그것의 보호구간이 HIF 구간이다.
HR 6: 분산전원이 부하 측에 배치되었을 경우, 만약 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α보다 크고 그것의 다운스트림 보호기기들 중 하나의 전류의 방향이 반대이면 그것의 보호구간이 HIF 구간이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 보호기기 솔루션의 HIF 추론절차에 대해 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 보호기기 솔루션의 HIF 추론절차는 총 15 단계로 구성된다.
단계 1: 각 스마트 보호기기는 자기 보호구간의 전류 IA, IB, IC 를 계측한다. 다음 샘플링 기반 또는 사이클 기반으로 트리거링 되어 k=A로 설정하고 단계 2로 간다. 여기서, IA, IB, IC는 각 보호기기 설치 점에서 측정된 A, B 및 C상 전류를 나타낸다(S101).
단계 2: Ik에 대해 HIF 분류기 출력 HCOk를 계산한다(S102). 이때 HCOk가 α보다 작으면 단계 3으로 가고 그렇지 않으면 단계 4로 간다(S103).
단계 3: k=C이면 단계 1로 가고, 그렇지 않으면 k=k++로 설정하고 단계 2로 간다(S104). 여기서 k++ 는 k상의 다음 상을 표시한다. 예를 들면 k=A상인 경우 k++는 B상이 된다.
단계 4: 자기보호구간(Sink Zone) 정보로부터 다운스트림 정보 DSPDS={PDn}, DVDS, SHMS를 정의하고 WR을 확인한다(S105). 다음 만약 DSPDS가 {}가 아니면(즉, 자기보호구간이 말단 구간이면) n=1로 설정하고 단계 5로 가고 그렇지 않으면 단계 10으로 간다(S106).
단계 5: PDn와의 통신을 통해 PDn의 IA n, IB n, IC n, Wx (A) n, Wx (B) n, Wx (C) n, VA n, VB n 및 VC n 데이터를 수집한다(S107). 여기서, IA n, IB n, IC n, Wx (A) n, Wx (B) n, Wx (C) n, VA n, VB n 및 VC n 는 DSPDS의 n번째 요소 PDn의 A상 전류, B상 전류, C상 전류, A상 전류방향, B상 전류방향, C상 전류방향, 그리고 자기 보호구간 방향의 A상 전압, B상 전압, C상 전압을 의미한다. 다음 만약 DSPDSn가 {}가 아니면 n=n+1로 하고 단계 5로 가고 그렇지 않으면 단계 6으로 간다(S108). 여기서, DSPDSn=DSPDSn -1-PDn이다.
단계 6: 만약 HR 2가 만족되면 단계 15로 가고 그렇지 않으면 단계 7로 간다(S109).
단계 7: 만약 HR 6이 만족되면 단계 15로 가고 그렇지 않으면 단계 8로 간다(S110).
단계 8: 만약 HR 3이 만족되면 단계 15로 가고 그렇지 않으면 단계 9로 간다(S111).
단계 9: 만약 HCOk가 γ이상이면 단계 15로 가고 그렇지 않으면 m=1로 설정하고 단계 11로 간다(S112).
단계 10: 만약 HCOk가 γ이상이면 HR 1을 만족하므로 단계 15로 가고 그렇지 않으면 m=1로 설정하고 단계 11로 간다(S113).
단계 11: HMm과의 통신을 통하여 Vh m을 수집한다(S114). 여기서 Vh m은 SHMS의 m번째 스마트 홈 미터 HMm의 전압이다. 다음 만약 SPDSm={}이면 단계 12로 가고 그렇지 않으면 m=m+1로 하고 단계 11로 간다(S115). 여기서, SPDSm=DSPDSm -1-HMm이다.
단계 12: 만약 HR 4가 만족되면 단계 15로 가고 아니면 단계 13으로 간다(S116).
단계 13: 만약 HR 5가 만족되면 단계 15로 가고 아니면 단계 14로 간다(S117).
단계 14: 만약 k=C이면 HIF 탐색에 실패한 것이므로 단계 1로 가고 그렇지 않으면 k=k++로 하고 단계 2를 실행한다(S118).
단계 15: 자기보호구간을 HIF 구간으로 결정하고 DSPDS의 모든 요소들에게 개방 명령을 내려 고장구간이 자율적으로 분리되도록 한다(S119).
본 발명에서 휴리스틱 규칙 1 내지 6는 단지 예시에 불과하고, 이러한 휴리스틱 규칙은 언제든지 필요에 따라 추가 정의되어 본 추론 과정에 추가되는 것이 가능하다. 아울러 휴리스틱 규칙은 그 단어가 의미하는 바와 같이 사용자의 경험적인(heuristic) 고장구간 결정 방법이나 절차를 규칙화하여 사용함으로써, 스마트 배전 시스템의 운용 과정에서 매순간 사용자의 결정에 따라서 배전 선로의 고장구간을 판정하고 해당 고장구간을 분리하는 것이 아니라, 미리 휴리스틱 규칙을 프로그램 상에 포함시켜 스마트 배전 시스템의 운영 도중에 미리 정해진 휴리스틱 규칙에 해당되면, 원하는 절차에 따라 고장구간을 판정한 후 해당 고장구간을 자동으로 분리하도록 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 의한 스마트 배전 그리드 시스템은 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기, 적어도 하나 이상의 스마트 홈 미터, 상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 배전 선로 및 상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 유선, 무선 또는 이들의 조합을 포함한 양방향 통신 선로를 포함하여, 고임피던스고장(HIF)이 배전선로 상의 말단구간에서 발생하였거나 지선구간에서 발생했을 경우에, 상기 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하고, 해당되는 스마트 보호기기들을 개폐하여 고장구간을 분리할 수 있다. 아울러 본 발명에 의한 스마트 배전 그리드 시스템은 적어도 하나 이상의 중앙제어 컴퓨터를 포함하여 구성하는 것도 가능하다. 물론 상기 중앙제어 컴퓨터는 특정 배전 선로의 중앙에 하나만 존재할 수도 있지만, 상기 스마트 배전 선로의 규모가 큰 경우에 작은 그리드 단위로 별개의 중앙제어 컴퓨터를 두고, 이들을 다시 양방향 통신수단으로 연결하여 상위 레벨의 중앙제어 컴퓨터에 연결할 수도 있다. 이와 같은 중앙제어 컴퓨터는 단지 해당 스마트 보호기기나 다른 중앙제어 컴퓨터와 양방향 통신을 수행하여 서로 명령을 송수신하면 되므로, 클라우드 컴퓨팅 네트워크상에서 가상의 컴퓨팅을 기반으로 상기 복수의 중앙제어 컴퓨터를 구성할 수도 있다.
또한 본 발명에 의한 스마트 배전 그리드 시스템은 특히 적어도 하나 이상의 스마트 홈 미터를 포함하도록 구성하여, 상기 중앙제어 컴퓨터는 스마트 보호기기들과 양방향 통신을 수행하여 고장정보를 수집한 결과, 고임피던스고장(HIF)이 배전선로 상의 말단구간에서 발생하였거나 지선 구간에서 발생하였고, 상기 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면, 상기 고임피던스고장 구간 상의 스마트 보호기기들에 보호기기의 개방 명령과 관련된 양방향 통신을 수행하여, 고임피던스고장 구간을 스마트 배전 그리드 시스템에서 자동으로 분리하는 것이 가능하다.
더욱이 본 발명에 의한 스마트 배전 그리드 시스템은 적어도 하나 이상의 중앙제어 컴퓨터, 적어도 하나 이상의 스마트 홈 미터는 물론이고, 특정 배전선로 시작단(혹은 지점)에 별도의 스마트 HIF 분류기를 설치하여 해당 HIF 분류기를 통해서 상기 중앙제어 컴퓨터가 배전선로의 모니터링을 수행하는 것이 가능하다. 여기서 상기 스마트 HIF 분류기는 CB, 개폐기 또는 리클로저를 포함하는 스마트 기기상에서 구현될 수도 있으며, 별도의 HIF 검출 기능만을 구현한 모듈을 사용하는 것도 가능하다. 또한 상기 스마트 HIF 뷴류기는 특정 배전 선로의 시작지점이나 가장 대표성이 있는 노드의 스마트 보호기기상에 위치하는 등 그 위치는 선로의 시작지점이 가장 바람직하나 그 위치에 대해서 특별히 한정할 필요는 없다. 이 경우에, 상기 중앙제어 컴퓨터는 선로 시작단에 설치된 스마트 HIF 분류기와 양방향 통신을 수행하여 고장정보를 수집한 결과, 고임피던스고장(HIF)이 발생하였고 스마트 보호기기들과 스마트 홈 미터들과의 양방향 통신을 통해 고장정보를 수집한 결과 고임피던스고장(HIF)이 배전선로 상의 말단구간에서 발생하였거나 지선구간에서 발생하였고, 상기 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면, 상기 고임피던스고장 구간 상의 스마트 보호기기들에 보호기기의 개방 명령과 관련된 양방향 통신을 수행하여, 고임피던스고장 구간을 스마트 배전 그리드 시스템에서 자동으로 분리하는 것이 가능하다.
이와 같은 중앙제어 컴퓨터를 이용한 스마트 배전 그리드 시스템의 제어는 본 발명의 일 실시예에서 제시하고 있는 스마트 보호기기간의 양방향 통신을 통한 자동 고장구간 확인 및 고장구간 분리에 대한 기술적 사상을, 중앙제어 컴퓨터를 통해 개별적인 스마트 보호기기와 양방향 통신하여 각 배전선로의 고장구간을 확인하고 해당 고장구간을 분리하는 기술적 사상과도 융합하여 적용할 수 있음을 알 수 있다. 상기 중앙제어 컴퓨터에 의한 배전 선로의 모니터링은 배전선로상의 모든 스마트 보호기기들로부터 배전 선로의 상태 정보를 수집하는 것도 가능하지만, 특정 배전선로에서 지정된 스마트 보호기기 혹은 스마트 HIF 분류기를 통해서 선로의 상태정보를 수징하는 것도 가능하고, 판별된 고장 정보를 이용하여 특정 고장 구간을 전체 배전 시스템에서 분리하는 것이 가능하다.
결국 본 발명에서는 스마트 보호기기를 이용하여 HIF 고장구간을 판별(혹은 확인)하고, 판별(혹은 확인)된 고장 구간을 각각의 스마트 보호기기들 간의 양방향 통신을 이용하거나, 중앙제어 컴퓨터의 명령에 따라, 혹은 이들의 조합을 통해서 상기 판별된 고장 구간을 스마트 배전 그리드 시스템에서 분리하는 것이 가능하다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 기존 배전 자동화 시스템　　11 : 보호기기
12 : FRTU 13 : 중앙제어장치
20 : 스마트 배전 그리드 시스템 21 : 분산전원
22 : 변전소 변압기　 23 : 루프구조 선로
24 : 트리구조 선로 100 : 스마트 보호기기
110 : 보호기기부 111 : 전원 측 3상 전압센서
112 : 전원 측 3상 전류센서 113 : 부하 측 3상 전압센서
120 : FRTU 부 121 : 서지 보호 회로
122 : 구동부 릴레이 회로 123 : 계측부
124 : 마이크로 프로세서 125 : RTC
126 : 직렬 2포트 127 : 전원부
128 : DC/DC 컨버터 129 : RAM
130 : EPROM 131 : LCD 표시등
132 : 유무선 네트워크 카드 133 : 양방향 유선 통신포트
134 : 양방향 무선 통신 안테나 135 : 배터리
150 : LIF 판단부 151 : RMS 계산부
152 : 규칙기반 LIF 구간 판단부 160 : HIF 판단부
161 : DWT 또는 DFT 변환부 162 : HIF 분리기(혹은 분류기)(Classifier)
163 : 규칙기반 HIF 구간 판단부 170 : 통신부
200 : 구간모델(Zone Model) 210 : 전원구간(Source Zone)
220 : 보호구간(Sink Zone) 230 : 말단 구간(Zone)
300 : 스마트 홈 미터

Claims (26)

  1. 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기;
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 배전 선로; 및
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 유선, 무선 또는 이들의 조합을 포함한 양방향 통신 선로;를 포함하며,
    상기 스마트 보호기기는,
    입력되는 전압값과 전류값에 대해서 DWT 또는 DFT를 포함한 주파수 변환기법을 이용하여 주파수 성분으로 변환하는 주파수 변환부; 및
    상기 주파수 변환된 입력 데이터를 통해서 고임피던스고장(HIF) 구간을 판단하는 규칙기반 고장구간 판단부;를 포함하고,
    상기 규칙기반 고장구간 판단부는,
    하나의 HIF가 배전선로 상의 말단구간에서 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 γ(HIF 상태인지 판단하는 확실성과 불확실성의 경계값)이상이고 그것의 보호구간이 선로말단이면 그것의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하며,
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기는 전류값, 전압값, 전류방향 또는 이들의 조합을 포함한 계측을 수행하여 고임피던스고장(HIF)으로 판단되는 경우, 자기보호구간 상의 스마트 보호기기들과 양방향 통신을 수행하여 고장정보를 수집하고, 자기보호구간의 고장구간 여부를 확인하며, 상기 확인된 결과를 바탕으로 고장구간 상의 스마트 보호기기들에 보호기기의 개방 명령과 관련된 양방향 통신을 수행하여, HIF 구간을 스마트 배전 그리드 시스템에서 자동으로 분리하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템.
  2. 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기;
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 배전 선로;
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 유선, 무선 또는 이들의 조합을 포함한 양방향 통신 선로; 및
    적어도 하나 이상의 스마트 홈 미터;를 포함하며,
    상기 스마트 보호기기는,
    입력되는 전압값과 전류값에 대해서 DWT 또는 DFT를 포함한 주파수 변환기법을 이용하여 주파수 성분으로 변환하는 주파수 변환부; 및
    상기 주파수 변환된 입력 데이터를 통해서 고임피던스고장(HIF) 구간을 판단하는 규칙기반 고장구간 판단부;를 포함하고,
    상기 규칙기반 고장구간 판단부는,
    하나의 HIF가 배전선로 상의 말단구간에서 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α(HIF 상태인지 판단하는 최저값)보다 크나 γ(HIF 상태인지 판단하는 확실성과 불확실성의 경계값)보다 작고 상기 스마트 보호기기의 보호구간이 선로말단구간이고 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하며,
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기는 전류값, 전압값, 전류방향 또는 이들의 조합을 포함한 계측을 수행하여 고임피던스고장(HIF)으로 판단되는 경우, 자기보호구간 상의 스마트 보호기기들과 양방향 통신을 수행하여 고장정보를 수집하고, 자기보호구간의 고장구간 여부를 확인하며, 상기 확인된 결과를 바탕으로 고장구간 상의 스마트 보호기기들에 보호기기의 개방 명령과 관련된 양방향 통신을 수행하여, HIF 구간을 스마트 배전 그리드 시스템에서 자동으로 분리하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템.
  3. 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기;
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 배전 선로; 및
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 유선, 무선 또는 이들의 조합을 포함한 양방향 통신 선로;를 포함하며,
    상기 스마트 보호기기는,
    입력되는 전압값과 전류값에 대해서 DWT 또는 DFT를 포함한 주파수 변환기법을 이용하여 주파수 성분으로 변환하는 주파수 변환부; 및
    상기 주파수 변환된 입력 데이터를 통해서 고임피던스고장(HIF) 구간을 판단하는 규칙기반 고장구간 판단부;를 포함하고,
    상기 규칙기반 고장구간 판단부는,
    하나의 HIF가 배전선로 상의 간선구간에 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α(HIF 상태인지 판단하는 최저값)보다 크고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중의 하나가 저전압을 경험하면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하며,
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기는 전류값, 전압값, 전류방향 또는 이들의 조합을 포함한 계측을 수행하여 고임피던스고장(HIF)으로 판단되는 경우, 자기보호구간 상의 스마트 보호기기들과 양방향 통신을 수행하여 고장정보를 수집하고, 자기보호구간의 고장구간 여부를 확인하며, 상기 확인된 결과를 바탕으로 고장구간 상의 스마트 보호기기들에 보호기기의 개방 명령과 관련된 양방향 통신을 수행하여, HIF 구간을 스마트 배전 그리드 시스템에서 자동으로 분리하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템.
  4. 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기;
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 배전 선로; 및
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 유선, 무선 또는 이들의 조합을 포함한 양방향 통신 선로;를 포함하며,
    상기 스마트 보호기기는,
    입력되는 전압값과 전류값에 대해서 DWT 또는 DFT를 포함한 주파수 변환기법을 이용하여 주파수 성분으로 변환하는 주파수 변환부; 및
    상기 주파수 변환된 입력 데이터를 통해서 고임피던스고장(HIF) 구간을 판단하는 규칙기반 고장구간 판단부;를 포함하고,
    상기 규칙기반 고장구간 판단부는,
    하나의 HIF가 배전선로 상의 말단구간이 아닌 지선구간에서 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 γ(HIF 상태인지 판단하는 확실성과 불확실성의 경계값)이상이고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중 하나도 HIF 전류를 경험하지 않는다면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하며,
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기는 전류값, 전압값, 전류방향 또는 이들의 조합을 포함한 계측을 수행하여 고임피던스고장(HIF)으로 판단되는 경우, 자기보호구간 상의 스마트 보호기기들과 양방향 통신을 수행하여 고장정보를 수집하고, 자기보호구간의 고장구간 여부를 확인하며, 상기 확인된 결과를 바탕으로 고장구간 상의 스마트 보호기기들에 보호기기의 개방 명령과 관련된 양방향 통신을 수행하여, HIF 구간을 스마트 배전 그리드 시스템에서 자동으로 분리하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템.
  5. 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기;
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 배전 선로;
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 유선, 무선 또는 이들의 조합을 포함한 양방향 통신 선로; 및
    적어도 하나 이상의 스마트 홈 미터;를 포함하며,
    상기 스마트 보호기기는,
    입력되는 전압값과 전류값에 대해서 DWT 또는 DFT를 포함한 주파수 변환기법을 이용하여 주파수 성분으로 변환하는 주파수 변환부; 및
    상기 주파수 변환된 입력 데이터를 통해서 고임피던스고장(HIF) 구간을 판단하는 규칙기반 고장구간 판단부;를 포함하고,
    상기 규칙기반 고장구간 판단부는,
    하나의 HIF가 배전선로 상의 말단구간이 아닌 지선구간에서 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α(HIF 상태인지 판단하는 최저값)보다 크나 γ(HIF 상태인지 판단하는 확실성과 불확실성의 경계값)보다 작고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중 하나도 저전압을 경험하지 않고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중 하나도 HIF를 경험하지 않으며 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하며,
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기는 전류값, 전압값, 전류방향 또는 이들의 조합을 포함한 계측을 수행하여 고임피던스고장(HIF)으로 판단되는 경우, 자기보호구간 상의 스마트 보호기기들과 양방향 통신을 수행하여 고장정보를 수집하고, 자기보호구간의 고장구간 여부를 확인하며, 상기 확인된 결과를 바탕으로 고장구간 상의 스마트 보호기기들에 보호기기의 개방 명령과 관련된 양방향 통신을 수행하여, HIF 구간을 스마트 배전 그리드 시스템에서 자동으로 분리하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템.
  6. 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기;
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 배전 선로; 및
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 유선, 무선 또는 이들의 조합을 포함한 양방향 통신 선로;를 포함하며,
    상기 스마트 보호기기는,
    입력되는 전압값과 전류값에 대해서 DWT 또는 DFT를 포함한 주파수 변환기법을 이용하여 주파수 성분으로 변환하는 주파수 변환부; 및
    상기 주파수 변환된 입력 데이터를 통해서 고임피던스고장(HIF) 구간을 판단하는 규칙기반 고장구간 판단부;를 포함하고,
    상기 규칙기반 고장구간 판단부는,
    하나의 HIF가 배전선로 상의 변전소 변압기와 분산전원 사이에서 발생했을 경우로서, 만약 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α(HIF 상태인지 판단하는 최저값)보다 크고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중 하나의 전류의 방향이 반대이면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하며,
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기는 전류값, 전압값, 전류방향 또는 이들의 조합을 포함한 계측을 수행하여 고임피던스고장(HIF)으로 판단되는 경우, 자기보호구간 상의 스마트 보호기기들과 양방향 통신을 수행하여 고장정보를 수집하고, 자기보호구간의 고장구간 여부를 확인하며, 상기 확인된 결과를 바탕으로 고장구간 상의 스마트 보호기기들에 보호기기의 개방 명령과 관련된 양방향 통신을 수행하여, HIF 구간을 스마트 배전 그리드 시스템에서 자동으로 분리하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스마트 보호기기는,
    FRTU(Feeder Remote Terminal Unit)가 부착되는 차단기, 개폐기 또는 리클로우저를 포함하는 보호기기이며,
    상기 보호기기는 입력되는 3상 전압과 전류 및 출력되는 3상 전압에 대한 데이터를 각각 측정하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템.
  8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스마트 보호기기는,
    FRTU(Feeder Remote Terminal Unit)가 부착되는 차단기, 개폐기 또는 리클로우저를 포함하는 보호기기이며,
    상기 보호기기는 입력되는 3상 전압과 전류 및 출력되는 3상 전압에 대한 데이터를 각각 측정하는 센서를 포함하고,
    상기 FRTU는 상기 측정된 데이터를 전달받아 배전 선로의 고장여부를 판단하고, 판단 결과를 양방향 통신수단을 통해서 인접 스마트 보호기기와 교환하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기로 스마트 배전 그리드 시스템에서 자율적으로 HIF 구간을 판별하고 분리하는 방법에 있어서,
    상기 스마트 보호기기가 각 상에 대한 전류값, 전압값, 전류방향, 전압방향, 전압위상, 전류위상 또는 이들의 조합을 포함한 상태를 계측하는 단계;
    상기 상태에 대한 계측값을 기반으로 고임피던스고장(HIF) 구간을 판단하는 단계; 및
    상기 판단된 결과를 바탕으로 고임피던스고장 구간 상의 스마트 보호기기들에 보호기기의 개방 명령과 관련된 양방향 통신을 수행하여, 고장구간을 스마트 배전 그리드 시스템에서 자동으로 분리하는 단계;를 포함하며,
    상기 고임피던스고장이 배전선로 상의 말단구간에서 발생하였거나 지선구간에서 발생했을 경우에, 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템에서 자율적으로 HIF 구간을 판별하고 분리하는 방법.
  12. 삭제
  13. 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기로 스마트 배전 그리드 시스템에서 자율적으로 HIF 구간을 판별하고 분리하는 방법에 있어서,
    상기 스마트 보호기기가 각 상에 대한 전류값, 전압값, 전류방향, 전압방향, 전압위상, 전류위상 또는 이들의 조합을 포함한 상태를 계측하는 단계;
    상기 상태에 대한 계측값을 기반으로 고임피던스고장(HIF) 구간을 판단하는 단계; 및
    상기 판단된 결과를 바탕으로 고임피던스고장 구간 상의 스마트 보호기기들에 보호기기의 개방 명령과 관련된 양방향 통신을 수행하여, 고장구간을 스마트 배전 그리드 시스템에서 자동으로 분리하는 단계;를 포함하며,
    상기 고임피던스고장 구간을 판단하는 단계는,
    상기 스마트 보호기기가 상기 계측된 각 상에 대한 계측값을 미리 정의된 값과 비교하여, 휴리스틱 규칙을 적용하여 해당 규칙을 만족하면 고장구간으로 판단하는 단계; 및
    판단한 결과가 고임피던스고장으로 판단되는 경우, 자기보호구간 상의 스마트 보호기기들과 양방향 통신을 수행하여 고장정보를 수집하고, 자기보호구간의 고장구간 여부를 확인하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템에서 자율적으로 HIF 구간을 판별하고 분리하는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 휴리스틱 규칙은,
    하나의 HIF가 배전선로 상의 말단구간에서 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 γ(HIF 상태인지 판단하는 확실성과 불확실성의 경계값)이상이고 상기 스마트 보호기기의 보호구간이 선로말단이면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템에서 자율적으로 HIF 구간을 판별하고 분리하는 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 휴리스틱 규칙은,
    하나의 HIF가 배전선로 상의 말단구간에서 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α(HIF 상태인지 판단하는 최저값)보다 크나 γ(HIF 상태인지 판단하는 확실성과 불확실성의 경계값)보다 작고 상기 스마트 보호기기의 보호구간이 선로말단구간이고 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템에서 자율적으로 HIF 구간을 판별하고 분리하는 방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 휴리스틱 규칙은,
    하나의 HIF가 배전선로 상의 간선구간에 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α(HIF 상태인지 판단하는 최저값)보다 크고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중의 하나가 저전압을 경험하면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템에서 자율적으로 HIF 구간을 판별하고 분리하는 방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 휴리스틱 규칙은,
    하나의 HIF가 배전선로 상의 말단구간이 아닌 지선구간에서 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 γ(HIF 상태인지 판단하는 확실성과 불확실성의 경계값)이상이고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중 하나도 HIF 전류를 경험하지 않는다면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템에서 자율적으로 HIF 구간을 판별하고 분리하는 방법.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 휴리스틱 규칙은,
    하나의 HIF가 배전선로 상의 말단구간이 아닌 지선구간에서 발생했을 경우로서, 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α(HIF 상태인지 판단하는 최저값)보다 크나 γ(HIF 상태인지 판단하는 확실성과 불확실성의 경계값)보다 작고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중 하나도 저전압을 경험하지 않고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중 하나도 HIF를 경험하지 않으며 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템에서 자율적으로 HIF 구간을 판별하고 분리하는 방법.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 휴리스틱 규칙은,
    하나의 HIF가 배전선로 상의 변전소 변압기와 분산전원 사이에서 발생했을 경우로서, 만약 임의의 스마트 보호기기의 HIF 분류기 출력이 α(HIF 상태인지 판단하는 최저값)보다 크고 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들 중 하나의 전류의 방향이 반대이면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템에서 자율적으로 HIF 구간을 판별하고 분리하는 방법.
  20. 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기;
    적어도 하나 이상의 스마트 홈 미터;
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 배전 선로; 및
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 유선, 무선 또는 이들의 조합을 포함한 양방향 통신 선로;를 포함하는 적어도 하나 이상의 구간을 포함하는 스마트 배전 그리드 시스템에 있어서,
    각 상기 구간은 스마트 보호기기들의 집합,
    각 스마트 보호기기들의 양방향 전압들 중 어느 측이 상기 구간에 포함되는지 나타내기 위해 요구되는 전압방향들의 집합 및
    각 구간 내에 있는 스마트 홈 미터들의 집합;을 포함하도록 정의되는 것을 특징으로 하는 고임피던스고장(HIF) 구간을 판단하기 위한 구간 모델링 방법을 적용한 스마트 배전 그리드 시스템.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 구간은,
    적어도 하나 이상의 스마트 보호기기에 대해서 업스트림 또는 다운스트림의 전기적 연결성을 추적하기 위해 변압기를 포함한 소스 전원으로부터 흐르는 전류방향을 기반으로 하나의 소스 구간 및 싱크 구간을 결정하며, 상기 스마트 보호기기의 업스트림 보호기기들은 상기 스마트 보호기기의 소스 구간의 스마트 보호기기들 중에서 자신을 제외한 스마트 보호기기들이며, 상기 스마트 보호기기의 다운스트림 보호기기들은 상기 스마트 보호기기의 싱크 구간의 스마트 보호기기들 중에서 자신을 제외한 스마트 보호기기들인 것을 특징으로 하는 고임피던스고장(HIF) 구간을 판단하기 위한 구간 모델링 방법을 적용한 스마트 배전 그리드 시스템.
  22. 청구항 20에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기는 고장 시, 선로상의 인근 스마트 보호기기들과 전압 값, 전류 값, 전류방향 또는 이들의 조합을 포함하는 고장정보를 교환한 후, 휴리스틱 규칙들에 기반하여 상기 스마트 보호기기가 락 아웃 상태로 개방되기 전에 고장 구간을 확인하고 분리하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 고임피던스고장(HIF) 구간을 판단하기 위한 구간 모델링 방법을 적용한 스마트 배전 그리드 시스템.
  23. 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기;
    적어도 하나 이상의 스마트 홈 미터;
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 배전 선로; 및
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 유선, 무선 또는 이들의 조합을 포함한 양방향 통신 선로;를 포함하며,
    고임피던스고장(HIF)이 배전선로 상의 말단구간에서 발생하였거나 지선구간에서 발생했을 경우에, 상기 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면 상기 스마트 보호기기의 보호구간을 HIF 구간으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템.
  24. 삭제
  25. 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기;
    적어도 하나 이상의 중앙제어 컴퓨터;
    적어도 하나 이상의 스마트 홈 미터;
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 배전 선로; 및
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 유선, 무선 또는 이들의 조합을 포함한 양방향 통신 선로;를 포함하며,
    상기 중앙제어 컴퓨터는 스마트 보호기기들과 양방향 통신을 수행하여 고장정보를 수집한 결과, 고임피던스고장(HIF)이 배전선로 상의 말단구간에서 발생하였거나 지선구간에서 발생하였고, 상기 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면, 상기 고임피던스고장 구간 상의 스마트 보호기기들에 보호기기의 개방 명령과 관련된 양방향 통신을 수행하여, 고임피던스고장 구간을 스마트 배전 그리드 시스템에서 자동으로 분리하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템.
  26. 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기;
    적어도 하나 이상의 중앙제어 컴퓨터;
    적어도 하나 이상의 스마트 홈 미터;
    적어도 하나 이상의 선로에 대해서 각 선로의 시작단에 설치된 적어도 하나 이상의 스마트 HIF 분류기;
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 배전 선로; 및
    상기 적어도 하나 이상의 스마트 보호기기 사이에 연결된 유선, 무선 또는 이들의 조합을 포함한 양방향 통신 선로;를 포함하며,
    상기 중앙제어 컴퓨터는 각 선로의 시작단에 설치된 스마트 HIF 분류기와 양방향 통신을 수행하여 고장정보를 수집한 결과, 고임피던스고장(HIF)이 발생하였고 스마트 보호기기들과 스마트 홈 미터들과의 양방향 통신을 통해 고장정보를 수집한 결과 고임피던스고장(HIF)이 배전선로 상의 말단구간에서 발생하였거나 지선구간에서 발생하였고, 상기 스마트 홈 미터들 중의 하나가 저전압을 경험한다면, 상기 고임피던스고장 구간 상의 스마트 보호기기들에 보호기기의 개방 명령과 관련된 양방향 통신을 수행하여, 고임피던스고장 구간을 스마트 배전 그리드 시스템에서 자동으로 분리하는 것을 특징으로 하는 스마트 배전 그리드 시스템.
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