KR101780554B1 - 비상용 전원 기능이 구비된 ess의 재폐로 방법 - Google Patents

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KR101780554B1 KR1020150137735A KR20150137735A KR101780554B1 KR 101780554 B1 KR101780554 B1 KR 101780554B1 KR 1020150137735 A KR1020150137735 A KR 1020150137735A KR 20150137735 A KR20150137735 A KR 20150137735A KR 101780554 B1 KR101780554 B1 KR 101780554B1
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Abstract

본 발명은 비상용 전원 기능이 구비된 전력 저장 장치의 재폐로 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 ESS의 계통 연계 시 전력 품질을 확보하면서 배전 계통을 보호할 수 있으며 재폐로 문제에 대한 영향을 분석하고 평가할 수 있는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 비상용 전원 기능이 구비된 ESS의 재폐로 방법은 계통 측의 전압 및 전류, ESS로부터 공급되는 전압 및 전류를 입력으로 받는 단계(S10); 상기 S10 단계에서 전압의 크기(|V1|, |V2|), 위상각(∠θ1, ∠θ2), 주파수(f1, f2)를 계산하는 단계(S20); 상기 S20 단계 이후, I1이 일정값(α) 이상이면 고장으로 판단하는 단계(S30); 상기 S30 단계에서 고장으로 판단되면 상기 재폐로 차단기로 개방 동작 명령을 전달하여 회로를 차단하는 단계(S40); 상기 S40 단계를 거치면 오직 상기 ESS로부터 상기 계통에 전력이 공급되고 있으므로 이때 상기 ESS로부터 공급되고 있는 전류인 I2A, I2B 및 I2C의 3개에 대한 상 중에서 어떠한 상이라도 일정값 이상이면 고장 상이라고 판단하는 단계(S50); S50 단계에서 판단된 고장 상에 대해서 상기 ESS로부터의 전력 공급을 차단하기 위하여 상기 ESS에 상기 고장 상의 개방 동작 명령을 전달하는 단계(S60); 상기 S60 단계를 거치면 재폐로 시 상기 ESS로부터 전력이 공급되고 있기 때문에 기존의 배전 재폐로와는 달리 동기 검정이 필요하므로 0.5초가 경과된 이후 상기 계통측 전압(|V1|), 위상각(∠θ1) 및 주파수(f1)와 상기 ESS측의 전압(|V2|), 위상각(∠θ2) 및 주파수(f2)를 이용하여 동기 검정 조건인 f1-f2<εfrequency, (|V1|-|V2|)/|V2|<εvoltage 및 θ1-θ2<εangle의 관계가 만족하는지 확인하는 단계(S70); 상기 S70 단계에서 동기 검정 조건이 만족하는 것으로 확인되면 상기 재폐로 차단기에 닫음 동작 명령을 전달하는 단계(S80); 상기 S80 단계 이후에도 고장 전류의 흐름이 지속되고 있는지 판단하고자 I1이 일정값(α) 이상인지 확인하는 단계(S90); 상기 S90 단계에서 고장 전류의 흐름이 지속되고 있는 것으로 판명되면 재폐로가 실패한 것이므로 상기 재폐로 차단기에 다시 개방 동작 명령을 전달하는 단계(S100); 상기 S100 단계를 거치고 15초 이후 동기 검정 조건인 f1-f2<εfrequency, (|V1|-|V2|)/|V2|<εvoltage 및 θ1-θ2<εangle의 관계가 만족하는지 확인하는 단계(S110); 상기 S110 단계에서 동기 검정 조건이 만족한다면 2차 재폐로를 수행하기 위하여 상기 재폐로 차단기에 닫음 동작 명령을 전달하는 단계(S120); 상기 S120 단계 이후에도 고장 전류의 흐름이 지속되고 있는지 판단하고자 I1이 일정값(α) 이상인지 확인하는 단계(S130); 상기 S130 단계에서도 고장 전류의 흐름이 지속되고 있는 것으로 확인되면 영구 고장으로 판단하여 상기 재폐로 차단기를 폐쇄하는 단계(S140); 상기 S80 단계와 상기 S130 단계에서 재폐로가 성공적으로 수행되어 더 이상 고장 전류가 흐르지 않는다면 상기 고장 상의 ESS에 닫음 동작 명령을 전달하여 재폐로 절차를 종료하는 단계(S150);로 실시 흐름이 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

비상용 전원 기능이 구비된 ESS의 재폐로 방법{Energy Storage System Equipped with Emergency Power Function and Its Reclosing Method}
본 발명은 비상용 전원 기능이 구비된 전력 저장 장치(energy storage system, 이하 ESS)의 재폐로 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 ESS의 계통 연계 시 전력 품질을 확보하면서 배전 계통을 보호하기 위한 재폐로 기술에 관한 것이다.
ESS는 전 세계적으로 시장이 매우 크게 성장할 것으로 전망되고 있으며 국내에서도 많은 기업들이 ESS 시장에 적극적으로 뛰어들고 있다. 또한 여러 연구 기관에서도 ESS의 계통 연계와 관련하여 활발한 연구를 수행하고 있다. 전술한 바와 같이 다양한 기관에서 ESS의 계통 연계 시 영향 해석 기술 개발을 수행 중이지만 대부분은 전력 품질 및 ESS의 운용 분야에 국한되어 있으며 보호 관련 기술 개발은 거의 수행되지 않고 있는 실정이다. 따라서 본 발명에서는 종래의 기술 개발이 하드웨어적인 측면의 접근으로만 제한되어있는 상황을 극복하고 ESS가 연계되는 배전 계통에서 보호 관련 이슈 중, 재폐로 문제에 대한 영향을 극복하기 위한 방법을 제안하고자 한다.
본 발명에 따른 비상용 전원 기능이 구비된 ESS의 재폐로 방법을 개시하려는 유사 선행 기술에는 대한민국 특허청에 등록된 KR 10-1129634(B1); KR 10-1419845(B1); KR 10-1467249(B1); KR 10-2008-0069021(A); KR 10-2011-0015090(A); KR 10-2011-0097514(A); KR 10-2011-0054229(A); 등이 있다.
상기한 종래의 기술은 ESS의 계통 연계 시 전력 품질을 확보하면서 배전 계통을 보호할 수 있는 재폐로 방법이 제공되지 못하였다.
KR 10-1129634(B1)
KR 10-1419845(B1)
KR 10-1467249(B1)
KR 10-2008-0069021(A)
KR 10-2011-0015090(A)
KR 10-2011-0097514(A)
KR 10-2011-0054229(A)
본 발명은 상기한 발명의 배경으로부터 요구되는 기술적 필요성을 충족하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 비상용 전원 기능이 구비된 ESS의 계통 연계 시 전력 품질을 확보하면서 배전 계통을 보호할 수 있는 재폐로 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비상용 전원 기능이 구비된 ESS의 재폐로 방법은 계통 측의 전압 및 전류, ESS로부터 공급되는 전압 및 전류를 입력으로 받는 단계(S10); 상기 S10 단계에서 전압의 크기(|V1|, |V2|), 위상각(∠θ1, ∠θ2), 주파수(f1, f2)를 계산하는 단계(S20); 상기 S20 단계 이후, I1이 일정값(α) 이상이면 고장으로 판단하는 단계(S30); 상기 S30 단계에서 고장으로 판단되면 상기 재폐로 차단기로 개방 동작 명령을 전달하여 회로를 차단하는 단계(S40); 상기 S40 단계를 거치면 오직 상기 ESS로부터 상기 계통에 전력이 공급되고 있으므로 이때 상기 ESS로부터 공급되고 있는 전류인 I2A, I2B 및 I2C의 3개에 대한 상 중에서 어떠한 상이라도 일정값 이상이면 고장 상이라고 판단하는 단계(S50); S50 단계에서 판단된 고장 상에 대해서 상기 ESS로부터의 전력 공급을 차단하기 위하여 상기 ESS에 상기 고장 상의 개방 동작 명령을 전달하는 단계(S60); 상기 S60 단계를 거치면 재폐로 시 상기 ESS로부터 전력이 공급되고 있기 때문에 기존의 배전 재폐로와는 달리 동기 검정이 필요하므로 0.5초가 경과된 이후 상기 계통측 전압(|V1|), 위상각(∠θ1) 및 주파수(f1)와 상기 ESS측의 전압(|V2|), 위상각(∠θ2) 및 주파수(f2)를 이용하여 동기 검정 조건인 f1-f2<εfrequency, (|V1|-|V2|)/|V2|<εvoltage 및 θ1-θ2<εangle의 관계가 만족하는지 확인하는 단계(S70); 상기 S70 단계에서 동기 검정 조건이 만족하는 것으로 확인되면 상기 재폐로 차단기에 닫음 동작 명령을 전달하는 단계(S80); 상기 S80 단계 이후에도 고장 전류의 흐름이 지속되고 있는지 판단하고자 I1이 일정값(α) 이상인지 확인하는 단계(S90); 상기 S90 단계에서 고장 전류의 흐름이 지속되고 있는 것으로 판명되면 재폐로가 실패한 것이므로 상기 재폐로 차단기에 다시 개방 동작 명령을 전달하는 단계(S100); 상기 S100 단계를 거치고 15초 이후 동기 검정 조건인 f1-f2<εfrequency, (|V1|-|V2|)/|V2|<εvoltage 및 θ1-θ2<εangle의 관계가 만족하는지 확인하는 단계(S110); 상기 S110 단계에서 동기 검정 조건이 만족한다면 2차 재폐로를 수행하기 위하여 상기 재폐로 차단기에 닫음 동작 명령을 전달하는 단계(S120); 상기 S120 단계 이후에도 고장 전류의 흐름이 지속되고 있는지 판단하고자 I1이 일정값(α) 이상인지 확인하는 단계(S130); 상기 S130 단계에서도 고장 전류의 흐름이 지속되고 있는 것으로 확인되면 영구 고장으로 판단하여 상기 재폐로 차단기를 폐쇄하는 단계(S140); 상기 S80 단계와 상기 S130 단계에서 재폐로가 성공적으로 수행되어 더 이상 고장 전류가 흐르지 않는다면 상기 고장 상의 ESS에 닫음 동작 명령을 전달하여 재폐로 절차를 종료하는 단계(S150);로 실시흐름이 구성되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명은 종래의 기술 개발이 하드웨어적인 측면의 접근으로만 제한되어있는 상황을 극복하고 ESS가 연계되는 배전 계통의 전력 품질을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 ESS와 연계되는 배전 계통의 보호 관련 이슈 중, 재폐로 문제에 대한 영향을 해결할 수 있는 방법을 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 기술적 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 배전 계통에서의 재폐로 동작 방식;
도 2는 본 발명에 따른 ESS가 비상용 전원으로 사용되는 경우의 재폐로 구성 예시도;
도 3은 본 발명에 따른 ESS가 비상용 전원으로 사용되는 경우의 재폐로 방법의 실시 흐름도;
도 4는 본 발명에 따른 ESS가 비상용 전원으로 사용되는 경우의 재폐로 방법에 대한 시뮬레이션 모델;
도 5는 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형 결과에 대한 참고도;
도 6은 상기 도 5에서 고장 발생 시점부터 재폐로 시점까지 전류를 확대한 참고도;
도 7은 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 ESS 투입 시점에서의 전류 변화를 나타낸 참고도;
도 8은 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 및 ESS 개폐 스위치 신호 결과에 대한 참고도;
도 9는 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형 결과에 대한 참고도;
도 10은 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형 결과에 대한 참고도;
도 11은 상기 도 10에서 고장 발생 시점부터 재폐로 시점까지 전류를 확대한 참고도;
도 12는 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 ESS 투입 시점에서의 전류 변화를 나타낸 참고도;
도 13은 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 및 ESS 개폐 스위치 신호 결과에 대한 참고도;
도 14는 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형 결과에 대한 참고도;
도 15는 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형 결과에 대한 참고도;
도 16은 상기 도 15에서 고장 발생 시점부터 1차 재폐로 시점까지 전류를 확대한 참고도;
도 17은 상기 도 15에서 2차 재폐로 시점까지 전류를 확대한 참고도;
도 18은 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 ESS 투입 시점에서의 전류 변화를 나타낸 참고도;
도 19는 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 및 ESS 개폐 스위치 신호 결과에 대한 참고도;
도 20은 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형 결과에 대한 참고도;
도 21은 네 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형 결과에 대한 참고도;
도 22는 상기 도 21에서 고장 발생 시점부터 1차 재폐로 시점까지 전류를 확대한 참고도;
도 23은 상기 도 15에서 2차 재폐로 시점까지 전류를 확대한 참고도;
도 24는 네 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 및 ESS 개폐 스위치 신호 결과에 대한 참고도;
도 25는 네 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형 결과에 대한 참고도이다.
이하에서는, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
배전 계통에서는 순간 고장 시 차단 후 회로를 다시 복구하기 위하여 재폐로기가 사용된다. 재폐로기는 고장 전류 차단 후 0.5초에 1차로 동작하며, 고장이 지속되고 있는 경우는 다시 차단 후 15초 후에 2차로 동작하고 그 이후에도 고장이 남아 있다면 영구 고장으로 판단하고 영구 폐쇄하는 장치이다.
도 1을 참조하여 배전 계통에서의 재폐로 동작에 대하여 보다 자세하게 설명하면 다음과 같다. 현재 배전 계통에서 사용되고 있는 재폐로 방식은 도 1과 같이 첫 번째 차단 후 0.5초, 두 번째 차단 후 15초의 무전압 시간(10; 20)을 갖는다. 이러한 재폐로 차단기는 무전압 시간이 경과하고 재폐로 되었을 때의 전류를 바탕으로 고장의 제거 여부를 판단하므로 무전압 시간 동안 고장이 제거되었을 경우, 잔여 무전압 시간을 기다려야 하는 단점이 있다. 재폐로 차단기의 무전압 시간 단축 기술 개발의 시도는 주로 송전 계통에서 진행되었으며, 고장 전압의 실효치 값을 사용하여 2차 아크 소호시간을 판별하는 방법, 고장 전압의 전고조파 왜율(total harmonic distortion, THD)를 이용하여 2차 아크 소호 시간(secondary arc extinction time)을 판별하는 방법 등 고장 판별을 위한 기술 개발이 진행되었다. 배전 계통에서는 캐리어(carrier) 신호를 이용하여 고장 제거 여부를 판단할 수 있는 기술 개발이 수행된 바 있다. 배전 계통에서는 정전 용량으로 인하여 발생하는 2차 아크의 지속 시간이 매우 짧다. 또한, 종래의 기술을 현실에 적용하기에는 무리가 있으며, 실제 발생하는 대부분의 고장은 순간 고장이다. 따라서, 본 발명에서는 순간/영구 고장 판단 방법을 제외하고 대부분의 고장은 순간 고장으로 가정한 재폐로 방법을 제공하고자 한다.
전술한 고장 문제 발생 시 ESS를 분리하지 않고 건전 상에 전력이 공급 가능하다면 정전 시간을 감소시켜 신뢰성을 증가시킬 수 있으므로 ESS를 비상용 전원으로도 사용 가능하다.
고장 발생 및 재폐로 이전에 ESS가 분리되지 않고 건전 상에 지속적으로 전기를 공급하고 있는 경우 기존의 재폐로 방식에는 존재하지 않는 별도의 문제가 발생하게 된다. 발생 가능 한 문제 및 고려 사항은 다음과 같다.
1) 고장 상 판단 문제
2) ESS가 각 상에 별도로 전원을 공급하도록 설치되어 있어야 함
3) 선로 차단 후 재폐로 이전 ESS가 비상용 전원으로 건전 상에 단독으로 전원을 공급 중인 경우의 전압 및 주파수 등의 전력 품질 문제
4) ESS로부터 전원이 공급되고 있는 경우에 재폐로 시 상용 전원과 ESS로부터 공급되는 전원 사이의 동기화 문제(전압, 위상각 및 주파수의 크기 차이)
5) 고장 제거 및 재폐로 성공 이후 고장 상에 연결된 ESS의 재병입 시간 문제
ESS가 비상용 전원 기능으로 사용되는 경우 전술한 고려 사항을 반영하기 위하여 새로운 재폐로 구성 및 방법을 제안하였다. 도 2를 참조하여 제안하고자 하는 재폐로의 구성을 자세하게 설명하면,
입력으로 계통의 전류 i1(t) 및 전압 v1(t)(110)를 받고, ESS(200)로부터 계통에 유입되는 전류 i2(t) 및 전압v2(t)(210)를 받는다. 제어 센터(100)에서 내부 연산을 거쳐 재폐로 차단기(300)에 개방(open) 및 닫음(close) 동작 명령(310)을 전달하고 상기 ESS(200)의 계통 연계 차단기(400)에도 개방 및 닫음 동작 명령(410)을 전달하는 것을 특징으로 한다.
도 2에서 제시한 비상용 전원 기능으로 사용되는 회로 시스템을 이용한 재폐로 방법의 실시 흐름은 도 3과 같다.
상기 계통 측의 전압 및 전류(110), 상기 ESS(200)로부터 공급되는 전압 및 전류(210)를 입력으로 받아(S10), 각각의 크기(|V1|, |V2|) 및 위상각(∠θ1, ∠θ2), 주파수(f1, f2)를 계산한다(S20). 이 때, 순시전류 it(t)의 실효치 I1이 일정값(α) 이상이면 고장으로 판단하고(S30) 상기 재폐로 차단기(300)로 개방 동작 명령을 전달하여 회로를 차단한다(S40).
상기 S40 단계를 거치면 오직 상기 ESS(200)로부터 상기 계통에 전력이 공급되고 있다. 이때 상기 ESS(200)로부터 공급되고 있는 전류인 I2A, I2B 및 I2C의 3개에 대한 상(phase) 중에 어떤 상이라도 일정값 이상이면 고장 상(fault phase)이라고 판단(S50)하고, 그 상만 상기 ESS(200)로부터의 전력 공급을 차단하기 위하여 상기 ESS(200)에 고장 상의 개방 동작 명령을 전달한다(S60).
재폐로 시 상기 ESS(200)로부터 전력이 공급되고 있기 때문에 기존의 배전 재폐로와는 달리 동기 검정이 필요하다. 따라서, 0.5초가 경과된 이후 상기 계통측 전압(|V1|), 위상각(∠θ1) 및 주파수(f1)와 상기 ESS(200)측의 전압(|V2|), 위상각(∠θ2) 및 주파수(f2)를 이용하여 동기 검정 조건인 f1-f2<εfrequency, (|V1|-|V2|)/|V2|<εvoltage 및 θ1-θ2<εangle의 관계가 만족(S70)한다면 상기 재폐로 차단기(300)에 닫음 동작 명령을 전달한다(S80).
상기 S80 단계 이후에도 I1이 일정값(α) 이상(S90)이어서 고장 전류의 흐름이 지속되고 있는 것으로 판명되면 이는 재폐로가 실패한 것이므로 상기 재폐로 차단기(300)에 다시 개방 동작 명령을 전달하고(S100) 15초 이후 동기 검정 조건인 f1-f2<εfrequency, (|V1|-|V2|)/|V2|<εvoltage 및 θ1-θ2<εangle의 관계가 만족(S110)한다면 2차 재폐로를 수행하기 위하여 상기 재폐로 차단기(300)에 닫음 동작 명령을 전달한다(S120). 이 때 I1이 여전히 일정값(α) 이상(S130)이어서 고장 전류가 흐름이 지속되는 것으로 확인되면 영구 고장으로 판단하여 상기 재폐로 차단기(300)를 폐쇄(lockout)하는 것으로 실시 흐름이 형성된다(S140).
만일 상기 S90 단계와 상기 S130 단계에서 고장 전류의 흐름이 검지되지 않는다면 상기 고장 상의 ESS(200)에 닫음 동작 명령을 전달하여 재폐로 절차를 종료한다(S150).
상기 재폐로 방법의 실시 흐름의 검증을 위하여 ESS가 연계된 배전 계통 모델을 도 4와 같이 시뮬레이션 모델로 설정하였다.
Line 1(30)과 Line 2(40)는 각각 10km이며, 선종은 ACSR 95mm2이다. 상기 ESS(200)의 용량은 1,000kWh이며, 전체 부하량은 3,000kW이다. 상기 ESS(200)는 1초부터 방전을 시작하여 고장이 발생하더라도 비상용 전원으로 동작하여 계속적으로 방전하도록 설정하였다. 만약 충전 중에 고장이 발생하여 회로가 차단되면 즉시 상기 ESS(200)가 비상용 전원으로 동작하여 방전하도록 설정하였다. 본 알고리듬 증명 시 상기 도 4의 계통 모델과 같이 상기 ESS(200)의 용량을 충분히 크도록 설정하여 재폐로 사이클 내에 상기 ESS(200)가 계속적으로 동작할 수 있도록 하였다.
상기 도 3에서 제시한 비상용 전원 기능으로 사용되는 회로 시스템을 이용한 재폐로 방법의 실시 흐름을 검증하기 위하여 고장 발생 및 고장 제거 조건을 총 네 가지의 경우로 구분하여 설정한 후 시뮬레이션을 수행하였다. 첫 번째 시뮬레이션 조건은 충전 시 발생하는 고장에 대한 것으로 고장이 0.7초에 발생하여 0.8초에 고장이 제거되며 1차 재폐로를 모의하는 조건이다. 두 번째 시뮬레이션 조건은 방전 시 발생하는 고장에 대한 것으로 고장이 1.2초에 발생하여 1.3초에 고장이 제거되며 1차 재폐로를 모의하는 조건이다. 세 번째 시뮬레이션 조건은 방전 시 발생하는 고장에 대한 것으로 고장이 1.2초에 발생하여 4초에 고장이 제거되며 2차 재폐로를 모의하는 조건이다. 네 번째 시뮬레이션 조건은 방전 시 발생하는 고장에 대한 것으로 고장이 1.2초에 발생하여 영구적으로 고장 유지되는 것을 모의하는 조건이다.
전술한 네 가지 시뮬레이션 조건에서 설정한 고장의 종류는 모두 1선 지락 고장이고, 고장상은 b상이며, 고장 저항은 1Ω이고, 고장 발생 위치는 상기 Line 2(40)의 5km 지점이다. 원래는 2차 재폐로 시간이 15초이나 시뮬레이션 상의 편의를 위하여 4초로 설정하여 시뮬레이션을 수행하였다. 이는 상기 세 번째 및 네 번째 시뮬레이션 조건에만 적용된다.
도 5는 상기 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형을 나타낸 것이고 도 6은 상기 도 5에서 고장 발생 시점부터 재폐로 시점까지 전류를 확대한 것이다. 도 5 내지 도 6을 참조하면 0.7초에 고장이 발생하고 0.75초에 고장이 제거되는 것을 확인할 수 있다. 그 이후, 제안된 알고리즘에 따라 건전상인 A상에서는 상기 ESS(200)의 전원 공급으로 인하여 정상 전류가 나타난다. 그렇지만 고장상인 B상에서는 0의 값이 나타난다. 알고리즘에 따라 동기검정 이후 약 1.254초에서 재폐로를 수행하며, 재폐로 이후에는 정상전류가 나타남을 알 수 있다.
도 7은 상기 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 ESS 투입 시점에서의 전류 변화를 나타낸 것으로 재폐로 이후 세 번의 사이클 동안 계통이 정상 전류로 유지되는 것을 확인한 후 1.301초에 고장 상의 ESS가 다시 투입된다. 투입 시 계통에 큰 영향을 미치는 충격은 발생하지 않음을 알 수 있다.
도 8은 상기 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 스위치 및 ESS 연계 스위치의 닫음 동작 및 개방 동작 명령 신호를 나타낸 것이다. 0.7초에 고장이 발생한 후 재폐로 차단기의 개방 동작 신호가 발생하여 '1'에서 '0'으로 바뀐다. 제안된 알고리듬에 따라 재폐로 시점에서 '0'에서 '1'로 신호가 변화한다. 건전상의 ESS는 계속적으로 '1'을 유지하여 항상 계통에 연계된다. 고장 상의 ESS는 고장 발생 이후 분리되어 신호가 '0'이 나타나며, 성공적인 재폐로 이후 정상상태로 유지되는 것을 확인하고 약 1.301초에 신호가 '1'로 바뀌어 다시 계통에 연결되는 것을 확인할 수 있다.
도 9는 상기 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형을 나타낸 것으로 충전 동작을 수행하다가 0.7초에 고장이 발생하고 고장이 제거되는 0.75초부터 ESS는 비상용 전원으로 동작하여 방전 동작을 수행하는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 상기 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형을 나타낸 것이고 도 11은 상기 도 10에서 고장 발생 시점부터 재폐로 시점까지 전류를 확대한 것이다. 도 10 내지 도 11을 참조하면 1.2초에 고장이 발생한 후 세 번의 사이클 후인 1.25초에 고장이 제거된다. 고장 제거 후 제안된 알고리듬에 따라 건전상인 A상은 지속적으로 계통에 정상 전류를 공급하지만, 고장 상인 B상은 분리되어 계통에 전류를 공급하지 못한다. 제안된 알고리듬에 따라 동기검정 이후 재폐로를 약 1.754초에 수행하며 재폐로 성공으로 인하여 정상 전류가 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 12는 상기 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 ESS 투입 시점에서의 전류 변화를 나타낸 것으로 제안된 알고리듬에 따라 재폐로 성공 이후에 정상 전류가 흐르는 것을 확인하고 1.803초에 고장 상인 B상의 ESS가 투입되는 경우의 전류 파형이다. 계통에 영향을 미치는 어떠한 충격도 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다.
도 13은 상기 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 스위치 및 ESS 연계 스위치의 닫음 동작 및 개방 동작 명령 신호를 나타낸 것이다. 1.2초에 고장이 발생한 후 재폐로 차단기의 개방 동작 신호가 발생하여 '1'에서 '0'으로 바뀐다. 제안된 알고리듬에 따라 재폐로 시점에서 '0'에서 '1'로 신호가 변화한다. 건전상의 ESS는 계속적으로 '1'을 유지하여 항상 계통에 연계된다. 고장 상의 ESS는 고장 발생 이후 분리되어 신호가 '0'이 나타나며, 성공적인 재폐로 이후 정상 상태로 유지되는 것을 확인하고 약 1.803초에 신호가 '1'로 바뀌어 다시 계통에 연결된다.
도 14는 상기 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형을 나타낸 것으로 1초부터 방전을 시작하며 고장 발생 후에도 지속적으로 방전되고 있는 것을 확인할 수 있다.
도 15는 상기 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형을 나타낸 것이고 도 16은 상기 도 15에서 고장 발생 시점부터 1차 재폐로 시점까지 전류를 확대한 것이며 도 17은 2차 재폐로 시 전류 파형을 확대한 것이다. 도 15 내지 도 17을 참조하면 1.2초에 고장이 발생한 후 제안된 알고리듬에 따라 1.754초에 1차 재폐로를 시도하지만, 여전히 고장이 남아 있으므로 즉시 차단되는 것을 확인할 수 있다. 그 이후 2차 재폐로를 위하여 설정된 시간인 4초 이후 동기 검정이 완료되는 시점인 5.806초에서 2차 재폐로를 시도하며, 재폐로가 성공함에 따라 정상 전류를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 고장 제거 후 2차 재폐로 성공 이전까지 건전 상은 ESS에 의하여 전원이 공급되므로 지속적으로 정상 전류를 나타내지만, 고장 상은 ESS 전원이 차단된 무전압 시간에는 0의 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 18은 은 상기 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 ESS 투입 시점에서의 전류 변화를 나타낸 것으로 고장 발생 후 2차 재폐로 이전까지 고장 상의 ESS는 제안된 알고리듬에 따라 차단되고, 건전 상의 ESS만 연결되어 있다. 5.806초에 2차 재폐로 성공 이후 정상 전류인 것을 확인하고 5.854초에 고장 상의 ESS가 재투입된다. 재투입 시 계통에 큰 영향을 미치지 않는 것을 확인할 수 있다.
도 19는 상기 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 스위치 및 ESS 연계 스위치의 닫음 동작 및 개방 동작 명령 신호를 나타낸 것이다. 고장이 발생하고 재폐로 차단기 및 고장 상의 ESS는 이것을 감지하여 개방 동작을 위하여 '1'에서 '0'으로 신호가 변화한다. 1차 재폐로 시도를 위하여 재폐로 차단기는 '1' 신호를 나타내지만 고장이 지속되고 있기 때문에 다시 개방 동작을 위한 '0' 신호를 발생시킨다. 제안된 알고리듬에 따라 2차 재폐로 시간에서 '0'에서 '1'로 신호가 바뀌며, 재폐로 성공에 따라 계속 유지된다. 고장 상의 ESS는 2차 재폐로 성공 이후 정상 상태 임을 확인하였기 때문에 '1' 신호를 발생시켜 재투입된다. 건전 상의 ESS는 어떠한 개방 동작 즉 '0' 신호를 발생시키지 않는다.
도 20은 상기 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형을 나타낸 것으로 고장 발생 이후 지속적으로 방전하고 있는 것을 확인할 수 있다.
도 21은 상기 네 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형을 나타낸 것이고 도 22는 상기 도 21에서 고장 발생 시점부터 1차 재폐로 시점까지 전류를 확대한 것이며 도 23은 2차 재폐로 시 전류 파형을 확대한 것이다. 도 21 내지 도 23을 참조하면 고장 발생 후 제안된 알고리듬에 따라 1차 및 2차 재폐로를 시도하며, 그 때 고장 전류가 계속적으로 흐르고 있으므로 즉시 차단되는 것을 확인할 수 있다. 주 전원이 차단되었을지라도 제안된 알고리듬에 따라 건전 상의 경우에는 ESS에 의하여 전류가 지속적으로 공급되고 있는 것을 확인할 수 있다.
도 24는 상기 네 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 스위치 및 ESS 연계 스위치의 닫음 동작 및 개방 동작 명령 신호를 나타낸 것이다. 재폐로 차단기의 경우에는 1차 및 2차 재폐로 신호를 위하여 알고리듬에 따라 정해진 재폐로 시간에는 신호가 '0'에서 '1'로 바뀌지만, 고장이 지속되고 있으므로 다시 '0'으로 바뀐다. 고장 상의 ESS의 경우에는 고장 발생 시 차단된 이후 재폐로가 성공하지 못하였으므로 계속 '0'신호를 나타내고 있는 것을 확인할 수 있다. 건전 상의 ESS의 경우에는 전원 공급을 위하여 계속적으로 '1' 신호를 나타내고 있는 것을 확인할 수 있다.
도 25는 상기 네 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형을 나타낸 것으로 고장 발생 이후 계속적으로 방전 동작을 수행하는 것을 확인할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용, 변형 및 개작을 행하는 것이 가능할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10, 20 : 무전압 시간
30 : Line 1
40 : Line 2
100 : 제어센터
110 : 계통 측의 전압 및 전류
200 : ESS
210 : ESS로부터 공급되는 전압 및 전류
300 : 재폐로 차단기
310 : 동작 명령
400 : 연계차단기
410 : 개방 및 닫음 동작 명령

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 비상용 전원 기능이 구비된 ESS의 재폐로 제어 방법에 있어서,
    계통 측의 전압 및 전류(110), 상기 ESS(200)로부터 공급되는 전압 및 전류(210)를 입력 변수로 받는 단계(S10);
    상기 S10 단계에서 받은 입력 변수를 계산하는 단계(S20);
    상기 S20 단계 이후, 순시전류 i1(t)의 실효치 전류(I1)가 일정값 이상 흐르는 것으로 확인되면 고장으로 판단하는 단계(S30);
    상기 S30 단계에서 고장으로 판단 시, 상기 재폐로 차단기(300)로 개방 동작 명령을 전달하여 회로를 차단하는 단계(S40);
    상기 S40 단계 이후, 전류 흐름(I2A, I2B, I2C)을 확인하여 고장 상을 판단하는 단계(S50);
    상기 S50 단계에서 확인된 고장 상의 개방 동작 명령을 전달하는 단계(S60);
    상기 S60 단계 이후, 동기 검정 조건을 만족하는지 확인하는 단계(S70);
    상기 S70 단계에서 동기 검정 조건이 만족하는 것으로 확인되면 상기 재폐로 차단기(300)에 닫음 동작 명령을 전달하는 단계(S80);
    상기 S80 단계 이후에도 고장 전류의 흐름이 지속되고 있는지 판단하고자 전류(I1)가 흐르는지 확인하는 단계(S90);
    상기 S90 단계에서 고장 전류의 흐름이 지속되고 있는 것으로 판명되면 상기 재폐로 차단기(300)에 다시 개방 동작 명령을 전달하는 단계(S100);
    상기 S100 단계 이후, 동기 검정 조건을 만족하는지 확인하는 단계(S110);
    상기 S110 단계에서 동기 검정 조건을 만족한다면 2차 재폐로를 수행하기 위하여 상기 재폐로 차단기(300)에 닫음 동작 명령을 전달하는 단계(S120);
    상기 S120 단계 이후에도 고장 전류의 흐름이 지속되고 있는지 판단하고자 전류(I1)가 흐르는지 확인하는 단계(S130);
    상기 S130 단계에서도 고장 전류의 흐름이 지속되는 것으로 확인 시, 영구 고장으로 판단하여 상기 재폐로 차단기(300)를 폐쇄하는 단계(S140);
    상기 S90 단계와 상기 S130 단계에서 고장 전류 흐름이 검지되지 않을 시, 상기 고장 상의 ESS(200)에 닫음 동작 명령을 전달하여 재폐로 절차를 종료하는 단계(S150);로 실시 흐름이 구성되는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 S10 단계에서 계산해야 하는 변수는 상기 계통 측과 상기 ESS(200)에서 공급되는 전압의 크기(|V1|, |V2|), 위상각(∠θ1, ∠θ2), 주파수(f1, f2)인 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 S50 단계에 대한 실시 내용은, 상기 S40 단계를 거치면 오직 상기 ESS(200)로부터 상기 계통에 전력이 공급되고 있으므로 이때 상기 ESS(200)로부터 공급되고 있는 전류인 I2A, I2B 및 I2C의 3개에 대한 상 중에서 어떠한 상이라도 전류가 흐르는 것으로 확인되면 고장 상이라고 판단하는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 S60 단계에 대한 실시 내용은, 상기 S50 단계에서 판단된 고장 상에 대해서 상기 ESS(200)로부터의 전력 공급을 차단하기 위하여 상기 ESS(200)에 상기 고장 상의 개방 동작 명령을 전달하는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 S70 단계에 대한 실시 내용은, 상기 S60 단계를 거치면 재폐로 시 상기 ESS(200)로부터 전력이 공급되고 있기 때문에 기존의 배전 재폐로와는 달리 동기 검정이 필요하므로 0.5초가 경과된 이후 상기 계통측 전압(|V1|), 위상각(∠θ1) 및 주파수(f1)와 상기 ESS(200)측의 전압(|V2|), 위상각(∠θ2) 및 주파수(f2)를 이용하여 동기 검정 조건인 f1-f2<εfrequency, (|V1|-|V2|)/|V2|<εvoltage 및 θ1-θ2<εangle의 관계가 만족하는지 확인하는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 S110 단계에 대한 실시 내용은, 상기 S100 단계를 거치고 15초 이후 동기 검정 조건인 f1-f2<εfrequency, (|V1|-|V2|)/|V2|<εvoltage 및 θ1-θ2<εangle의 관계가 만족하는지 확인하는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 S150 단계에 대한 실시 내용은, 상기 S80 단계 및 상기 S120 단계에서 재폐로가 성공적으로 수행되어 고장 전류의 흐름을 완전히 차단한 것이 확인되었을 때 수행되는 단계인 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법.
  9. 제 2 항에 있어서,
    비상용 전원 기능이 구비된 ESS의 재폐로 제어 방법에 대한 실시 흐름의 검증 자료에는 계통 전류 파형 자료, ESS 투입 시점에서의 전류 변화 자료, 재폐로 스위치 및 ESS 연계 스위치의 개폐 동작 신호 자료, SOC 파형 자료가 포함되는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법.
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