KR101827390B1 - 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감 기능이 구비된 ess의 재폐로 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감 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 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감 기능이 구비된 ESS의 재폐로 방법은 계통에 전류와 시간을 입력 받는 단계(S10); 상기 S10 단계 이후에 전류값이 일정 값 이상이면 계통 내 고장 전류가 흐르는 것으로 판단하는 단계(S20); 상기 S20 단계에서 계통 내 고장 전류가 흐르는 것이 확인되면 재폐로 차단기 및 ESS로 동시에 개방 동작 명령을 전달하는 단계(S30); 상기 S30 단계에서 수행한 개방 동작 명령이 제대로 수행되었는지 판단하고자 계통 내 고장 전류의 흐름이 제거되었는지를 확인하는 단계(S40); 상기 S40 단계에서 계통 내 고장 전류의 흐름이 없는 것으로 확인되면 현행 재폐로 시간인 고장 차단 후 0.5초에 재폐로 차단기의 닫음 동작을 수행하는 단계(S50; S60); 상기 S60 단계 이후에도 계통 내 고장이 계속 존재하는 것에 기인한 고장 전류의 흐름 여부를 재확인하는 단계(S70); 상기 S70 단계에서 계통 내 고장 전류의 흐름이 재확인되면 재폐로 차단기의 개방 동작을 다시 수행하는 단계(S80); 상기 S80 단계에서 재폐로 차단기 개방 동작을 다시 수행하면 15초 후에 재폐로 차단기의 닫음 동작을 수행하는 단계(S90; S100); 상기 S100 단계 이후에도 계통 내 고장 전류가 잔존하는지 재확인하는 단계(S110); 상기 S110 단계에서도 계통 내 고장 전류의 흐름이 확인되면 영구적인 고장으로 판단하고 재폐로 차단기를 폐쇄 동작하는 단계(S120); 상기 S70 단계와 상기 S110 단계에서 계통 내 고장 전류가 제거된 것으로 확인된 경우에는 바로 ESS의 닫음 동작 단계(S130);로 이동한 후 실시 흐름이 종료되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감 기능이 구비된 ESS의 재폐로 방법은 계통에 전류와 시간을 입력 받는 단계(S10); 상기 S10 단계 이후에 전류값이 일정 값 이상이면 계통 내 고장 전류가 흐르는 것으로 판단하는 단계(S20); 상기 S20 단계에서 계통 내 고장 전류가 흐르는 것이 확인되면 재폐로 차단기 및 ESS로 동시에 개방 동작 명령을 전달하는 단계(S30); 상기 S30 단계에서 수행한 개방 동작 명령이 제대로 수행되었는지 판단하고자 계통 내 고장 전류의 흐름이 제거되었는지를 확인하는 단계(S40); 상기 S40 단계에서 계통 내 고장 전류의 흐름이 없는 것으로 확인되면 현행 재폐로 시간인 고장 차단 후 0.5초에 재폐로 차단기의 닫음 동작을 수행하는 단계(S50; S60); 상기 S60 단계 이후에도 계통 내 고장이 계속 존재하는 것에 기인한 고장 전류의 흐름 여부를 재확인하는 단계(S70); 상기 S70 단계에서 계통 내 고장 전류의 흐름이 재확인되면 재폐로 차단기의 개방 동작을 다시 수행하는 단계(S80); 상기 S80 단계에서 재폐로 차단기 개방 동작을 다시 수행하면 15초 후에 재폐로 차단기의 닫음 동작을 수행하는 단계(S90; S100); 상기 S100 단계 이후에도 계통 내 고장 전류가 잔존하는지 재확인하는 단계(S110); 상기 S110 단계에서도 계통 내 고장 전류의 흐름이 확인되면 영구적인 고장으로 판단하고 재폐로 차단기를 폐쇄 동작하는 단계(S120); 상기 S70 단계와 상기 S110 단계에서 계통 내 고장 전류가 제거된 것으로 확인된 경우에는 바로 ESS의 닫음 동작 단계(S130);로 이동한 후 실시 흐름이 종료되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감 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 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감 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 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감 기능이 구비된 ESS의 계통 연계 시 전력 품질을 확보하면서 배전 계통을 보호할 수 있는 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 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감 기능이 구비된 ESS의 재폐로 방법은 계통에 전류와 시간을 입력 받는 단계(S10); 상기 S10 단계 이후에 전류값이 일정 값 이상이면 계통 내 고장 전류가 흐르는 것으로 판단하는 단계(S20); 상기 S20 단계에서 계통 내 고장 전류가 흐르는 것이 확인되면 재폐로 차단기 및 ESS로 동시에 개방 동작 명령을 전달하는 단계(S30); 상기 S30 단계에서 수행한 개방 동작 명령이 제대로 수행되었는지 판단하고자 계통 내 고장 전류의 흐름이 제거되었는지를 확인하는 단계(S40); 상기 S40 단계에서 계통 내 고장 전류의 흐름이 없는 것으로 확인되면 현행 재폐로 시간인 고장 차단 후 0.5초에 재폐로 차단기의 닫음 동작을 수행하는 단계(S50; S60); 상기 S60 단계 이후에도 계통 내 고장이 계속 존재하는 것에 기인한 고장 전류의 흐름 여부를 재확인하는 단계(S70); 상기 S70 단계에서 계통 내 고장 전류의 흐름이 재확인되면 재폐로 차단기의 개방 동작을 다시 수행하는 단계(S80); 상기 S80 단계에서 재폐로 차단기 개방 동작을 다시 수행하면 15초 후에 재폐로 차단기의 닫음 동작을 수행하는 단계(S90; S100); 상기 S100 단계 이후에도 계통 내 고장 전류가 잔존하는지 재확인하는 단계(S110); 상기 S110 단계에서도 계통 내 고장 전류의 흐름이 확인되면 영구적인 고장으로 판단하고 재폐로 차단기를 폐쇄 동작하는 단계(S120); 상기 S70 단계와 상기 S110 단계에서 계통 내 고장 전류가 제거된 것으로 확인된 경우에는 바로 ESS의 닫음 동작 단계(S130);로 이동한 후 실시 흐름이 종료되는 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 ESS가 연계된 배전 계통의 구성 예시도;
도 3은 본 발명에 따른 ESS가 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감용으로 사용되는 경우의 재폐로 구성 예시도;
도 4는 본 발명에 따른 ESS가 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감용으로 사용되는 경우의 재폐로 방법의 실시 흐름도;
도 5는 본 발명에 따른 ESS가 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감용으로 사용되는 경우의 재폐로 방법에 대한 시뮬레이션 모델;
도 6은 도 5에서 설정한 시뮬레이션 모델을 이용한 정상 상태 하에서의 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형 결과에 대한 참고도;
도 7은 도 5에서 설정한 시뮬레이션 모델을 이용한 정상 상태 하에서의 시뮬레이션 결과 중 전류 파형 결과에 대한 참고도;
도 8은 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형 결과에 대한 참고도;
도 9는 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 및 ESS 개폐 스위치 신호 결과에 대한 참고도;
도 10은 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형 결과에 대한 참고도;
도 11은 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형 결과에 대한 참고도;
도 12는 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 및 ESS 개폐 스위치 신호 결과에 대한 참고도;
도 13은 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형 결과에 대한 참고도;
도 14는 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형 결과에 대한 참고도;
도 15는 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 및 ESS 개폐 스위치 신호 결과에 대한 참고도;
도 16은 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형 결과에 대한 참고도;
도 17는 네 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형 결과에 대한 참고도;
도 18은 네 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 및 ESS 개폐 스위치 신호 결과에 대한 참고도;
도 19는 네 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형 결과에 대한 참고도이다.
도 2는 ESS가 연계된 배전 계통의 구성 예시도;
도 3은 본 발명에 따른 ESS가 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감용으로 사용되는 경우의 재폐로 구성 예시도;
도 4는 본 발명에 따른 ESS가 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감용으로 사용되는 경우의 재폐로 방법의 실시 흐름도;
도 5는 본 발명에 따른 ESS가 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감용으로 사용되는 경우의 재폐로 방법에 대한 시뮬레이션 모델;
도 6은 도 5에서 설정한 시뮬레이션 모델을 이용한 정상 상태 하에서의 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형 결과에 대한 참고도;
도 7은 도 5에서 설정한 시뮬레이션 모델을 이용한 정상 상태 하에서의 시뮬레이션 결과 중 전류 파형 결과에 대한 참고도;
도 8은 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형 결과에 대한 참고도;
도 9는 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 및 ESS 개폐 스위치 신호 결과에 대한 참고도;
도 10은 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형 결과에 대한 참고도;
도 11은 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형 결과에 대한 참고도;
도 12는 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 및 ESS 개폐 스위치 신호 결과에 대한 참고도;
도 13은 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형 결과에 대한 참고도;
도 14는 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형 결과에 대한 참고도;
도 15는 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 및 ESS 개폐 스위치 신호 결과에 대한 참고도;
도 16은 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형 결과에 대한 참고도;
도 17는 네 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형 결과에 대한 참고도;
도 18은 네 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 및 ESS 개폐 스위치 신호 결과에 대한 참고도;
도 19는 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.
ESS를 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감 용으로 사용하기 위하여 계통은 고장이 발생한 과도 상태가 아닌 정상 운전 상태이어야 한다. 고장 발생 시 ESS가 계속 연결된다면 ESS는 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감 용으로 사용될 수 없다. 따라서, 고장 발생 및 재폐로 이전에 ESS를 분리하여야 한다. 도 2와 같이 ESS가 배전 계통에 연계되어 있는 경우, 고장 시 ESS를 회로에서 분리한다면 재폐로 동작은 기존 방식과 동일하게 수행하면 된다. 그 이후 ESS를 배전 계통에 다시 연결함으로써 완전한 복구가 가능하며, ESS를 다시 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감 용으로 사용할 수 있다. 전술한 경우에도 기존에 고려하지 않은 추가적인 문제점을 고려하여야 하며 주요 고려 사항은 다음과 같다. 첫째, 재폐로 동작 이전 ESS의 차단 성공 여부를 고려한다. 둘째, 고장 제거 및 재폐로 성공 이후 ESS의 재병입 시간을 고려한다. 셋째, 고장 지속 시간이 길어지는 경우 또는 영구 고장인 경우 건전상의 정전 시간 지속 문제를 고려한다.
ESS가 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감 용으로 사용되는 경우 전술한 고려 사항을 반영하기 위하여 새로운 재폐로 구동 방법을 제안하였다. 도 3을 참조하여 제안하고자 하는 구동 방법을 보다 자세하게 설명하면, 제어 센터(100)가 존재하여 입력으로 계통의 전류 i(t)(200)를 받아 내부 연산을 거쳐 재폐로 차단기(recloser)(300)및 ESS(400)의 계통 연계 차단기에 개방(open) 및 닫음(close) 동작 명령(110)을 전달하는 것을 특징으로 한다.
도 3에서 제시한 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감용으로 사용되는 회로 시스템을 이용한 재폐로 세부 제어 방법의 실시 흐름은 도 4와 같다.
먼저, 전류(I)와 현재의 시간(T)을 입력 받는다(S10).
전류값이 일정값(a) 이상인지 확인하는 단계(S20);
상기 S20 단계에서 전류값이 일정값 이상인 경우, 재폐로 차단기 및 ESS를 동시에 명령을 내린다(S30);
ESS로부터 계통 고장점에 전류가 유입되는 것을 차단하기 위하여 ESS의 개방 동작이 제대로 수행되었는지 판단하기 위하여 I=0인 것을 확인(S40)하는 단계;
상기 S40 단계 이후, 현행 재폐로 시간이 경과되면 재폐로를 차단하는 단계(S50, S60);
상기 S60 단계의 유효성 검증을 위하여 전류값이 일정값(a)이상인지 확인 단계(S70);
상기 S70 단계에서 전류값이 일정값(a) 이상이면, 재폐로차단기를 개방하는 단계(S80);
상기 S70 단계에서 전류값이 일정값(a) 미만이면, ESS를 닫음으로 동작하는 단계(S130);
상기 S80 단계 이후, 15초 후에 재폐로 차단기를 닫음 동작하는 단계(S90; S100);
상기 S100 단계 이후, 상기 계통내 전류가 일정값(a)이상인지 확인하는 (S110);
상기 S110 단계에서 계통전류가 일정값(a) 미만이면, ESS를 닫음 동작하는 단계(s130);
상기 S110 단계에서 계통전류가 일정값(a) 이상이면, 재폐로차단기를 폐쇄동작하는 단계(s120);로 구성되는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법이 수행된다
전류값이 일정값(a) 이상인지 확인하는 단계(S20);
상기 S20 단계에서 전류값이 일정값 이상인 경우, 재폐로 차단기 및 ESS를 동시에 명령을 내린다(S30);
ESS로부터 계통 고장점에 전류가 유입되는 것을 차단하기 위하여 ESS의 개방 동작이 제대로 수행되었는지 판단하기 위하여 I=0인 것을 확인(S40)하는 단계;
상기 S40 단계 이후, 현행 재폐로 시간이 경과되면 재폐로를 차단하는 단계(S50, S60);
상기 S60 단계의 유효성 검증을 위하여 전류값이 일정값(a)이상인지 확인 단계(S70);
상기 S70 단계에서 전류값이 일정값(a) 이상이면, 재폐로차단기를 개방하는 단계(S80);
상기 S70 단계에서 전류값이 일정값(a) 미만이면, ESS를 닫음으로 동작하는 단계(S130);
상기 S80 단계 이후, 15초 후에 재폐로 차단기를 닫음 동작하는 단계(S90; S100);
상기 S100 단계 이후, 상기 계통내 전류가 일정값(a)이상인지 확인하는 (S110);
상기 S110 단계에서 계통전류가 일정값(a) 미만이면, ESS를 닫음 동작하는 단계(s130);
상기 S110 단계에서 계통전류가 일정값(a) 이상이면, 재폐로차단기를 폐쇄동작하는 단계(s120);로 구성되는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법이 수행된다
상기 재폐로 방법의 실시 흐름의 검증을 위하여 정상 상태에서 ESS가 연계된 배전 계통 모델을 도 5와 같이 시뮬레이션 모델을 설정하였다. Line 1(30)과 Line 2(40)는 각각 10km이며, 선종은 ACSR 95mm2이다. 상기 ESS(400)의 용량은 1,000kWh이며, 1초에 1,000kW의 부하가 투입되어 최대부하삭감을 위하여 ESS가 방전되는 경우를 가정하였다. 도 6은 ESS의 SOC(state of charge)를 나타낸 것으로 도 5에서 설정한 시뮬레이션 모델을 이용한 정상 상태 하에서의 시뮬레이션 결과이다. 도 6을 참조하면 1초에 최대 부하 상태가 걸리면서 ESS는 방전이 시작되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 7을 참조하면 계통에 흐르는 전류의 순시치 파형은 1초에 최대 부하 상태가 되면서 전류의 최대값이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
상기 도 4에서 제시한 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감용으로 사용되는 회로 시스템의 재폐로 방법의 검증을 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, 고장 저항은 1Ω이며, 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. 2차 재폐로 성공 이후에 상기 ESS(400)의 성공적인 동작을 재확인하기 위하여 1,000kW 부하를 2초에 제거하고 6초에 다시 투입하는 시나리오를 설정하였다.
도 8은 상기 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형을 나타낸 것으로 0.7초에 고장이 발생하고 0.75초에 고장이 제거된 후 1.25초에 재폐로가 성공적으로 수행된 것을 확인할 수 있다.
도 9는 상기 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 및 ESS 개폐 스위치 신호를 나타낸 것으로 1.25초에 재폐로 신호가 나서 재폐로가 난 후 고장이 제거되었으므로 0.05초 후인 1.3초에 ESS가 재투입된다.
도 10은 상기 첫 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형을 나타낸 것으로 0.75초에 고장이 제거된 후 어떠한 충/방전 동작도 발생하지 않는다. 그 이후 재폐로가 성공하고 ESS가 재투입된 이후 최대부하 상태이므로 ESS의 방전동작이 성공적으로 수행되고 있음을 확인할 수 있다.
도 11은 상기 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형을 나타낸 것으로 1.2초에 고장이 발생하고 1.25초에 성공적으로 고장이 제거된 이후 0.5초 이후인 1.75초에 재폐로가 성공적으로 수행되었음을 확인할 수 있다.
도 12는 상기 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 및 ESS 개폐 스위치 신호를 나타낸 것으로 1.25초에 동시 open 된 이후 1.75초에 재폐로가 수행되고, 그 이후 재폐로가 성공적임을 확인하고 ESS가 재투입되는 것을 확인할 수 있다.
도 13은 상기 두 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형을 나타낸 것으로 1초에 1000kW 부하가 투입되어 ESS는 방전동작을 수행하며, 1.2초에 고장이 발생된 이후 ESS가 계통으로부터 분리되므로 어떠한 충/방전 동작도 발생하지 않는다. 1.75초에 재폐로가 성공하고 ESS가 재투입 된 이후 ESS는 1000kW 부하가 여전히 연결되어 있으므로 다시 방전 동작을 수행하는 것을 확인할 수 있다.
도 14는 상기 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형을 나타낸 것으로 1.2초에 고장이 발생하고 1.25초에 고장이 제거된다. 0.5초 후인 1.75초에 재폐로를 시도하나 여전히 고장이 존재하므로 다시 Open 동작을 수행한다. 4초 이후인 5.75초에 2차 재폐로를 시도하고 이때는 고장이 제거된 상태이므로 다시 정상상태 파형이 나타남을 알 수 있다. 또한, 6초에 1000kW 부하가 재투입되어 정상상태 전류가 다소 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 15는 는 상기 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 및 ESS 개폐 스위치 신호를 나타낸 것으로 고장이 발생하고 1.25초에 두 신호가 동시1에 제거된다. 1.75초에 재폐로를 시도하나 고장이 존재하고 있으므로 다시 open 신호가 발생하며, 이 때 ESS의 재투입 신호는 발생하지 않고 있다. 5.75초에 2차 재폐로 이후 재폐로가 성공적으로 수행됨을 확인한 이후 ESS의 재투입 신호가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
도 16은 상기 세 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형을 나타낸 것으로 1초에 1000kW 부하가 투입되고 방전 동작을 수행한다. 1.25초에 분리된 이후 무전압 시간 및 1차 재폐로 시도 시에도 어떠한 충/방전 동작도 수행하지 않으므로 SOC의 변화가 없다. 5.75초에 2차 재폐로가 성공하고, ESS가 재투입된 이후 ESS는 충전동작을 수행한다. 이후 6초에 1000kW 부하가 재투입되므로 방전 동작을 수행함을 알 수 있다. 따라서, 완전히 정상 상태로 복구된 것을 확인할 수 있다.
도 17은 상기 네 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 계통 전류 파형을 나타낸 것으로 1.2초에 고장이 발생된 이후 1.75초에 1차 재폐로를 시도하고, 5.75초에 2차 재폐로를 시도한다. 그렇지만, 영구 고장이므로 다시 회로는 차단됨을 확인할 수 있다.
도 18은 상기 네 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 재폐로 및 ESS 개폐 스위치 신호를 나타낸 것으로 1.2초에 고장이 발생하고, 1.25초에 동시에 차단된다. 1.75초 및 5.75초에 재폐로를 시도하나 고장이 존재하므로 다시 open 신호가 발생한다. 영구 고장인 상태이므로 재폐로 과정 중에 ESS 투입 신호는 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
도 19는 상기 네 번째 시뮬레이션 조건에 대한 시뮬레이션 결과 중 SOC 파형을 나타낸 것으로 1.2초 이전에 충/방전 동작을 정상적으로 수행하고 있다. 고장이 1.2초에 발생하고 1.25초에 고장이 제거된 이후 어떠한 충/방전 동작도 발생하지 않는다. 1.75초 및 5.75초에 재폐로를 시도하는 순간에 방전 동작을 수행하려고 시도하지만, 곧 회로가 다시 차단되므로 어떠한 충/방전 동작도 수행하지 않는 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.
100 : 제어 센터 200 : 계통의 전류
300 : 재폐로 차단기 400 : ESS
300 : 재폐로 차단기 400 : ESS
Claims (11)
- 삭제
- 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감 기능이 구비된 ESS의 재폐로 제어 방법에 있어서,
계통의 전류(I)와 현재의 시간(T)을 입력 받는 단계(S10);
전류값이 일정값(a) 이상인지 확인하는 단계(S20);
상기 S20 단계에서 전류값이 일정값 이상인 경우, 재폐로 차단기 및 ESS로 동시에 개방 동작 명령을 내리는 단계(S30);
ESS로부터 계통 고장점에 전류가 유입되는 것을 차단하기 위하여 ESS의 개방 동작이 제대로 수행되었는지 판단하기 위하여 I=0인 것을 확인(S40)하는 단계;
상기 S40 단계 이후, 현행 재폐로 시간이 경과되면 재폐로를 차단하는 단계(S50, S60);
상기 S60 단계의 유효성 검증을 위하여 전류값이 일정값(a)이상인지 확인 단계(S70);
상기 S70 단계에서 전류값이 일정값(a) 이상이면, 재폐로차단기를 개방하는 단계(S80);
상기 S70 단계에서 전류값이 일정값(a) 미만이면, ESS를 닫음으로 동작하는 단계(S130);
상기 S80 단계 이후, 15초 후에 재폐로 차단기를 닫음 동작하는 단계(S90; S100);
상기 S100 단계 이후, 상기 계통내 전류가 일정값(a)이상인지 확인하는 (S110);
상기 S110 단계에서 계통전류가 일정값(a) 미만이면, ESS를 닫음 동작하는 단계(s130);
상기 S110 단계에서 계통전류가 일정값(a) 이상이면, 재폐로차단기를 폐쇄동작하는 단계(s120);로 구성되는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 S20 단계에 대한 실시 내용은, 상기 S10 단계 이후에 전류가 일정값(a)이상인 것이 확인되면 상기 계통 내 고장 전류가 흐르는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법 - 제 2 항에 있어서,
상기 S30 단계에 대한 실시 내용은, 상기 S20 단계에서 상기 계통 내 고장 전류가 흐르는 것이 확인되면 상기 재폐로 차단기(300) 및 상기 ESS(400)로 동시에 개방 동작 명령을 전달하는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 S40 단계에 대한 실시 내용은, 상기 S30 단계에서 수행한 개방 동작 명령이 제대로 수행되었는지 판단하고자 상기 계통 내 고장 전류의 흐름이 제거되었는지를 확인하는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 S50 단계 및 상기 S60 단계에 대한 실시 내용은, 상기 S40 단계에서 상기 계통 내 고장 전류의 흐름이 없는 것으로 확인되면 현행 재폐로 시간인 고장 차단 후 0.5초에 상기 재폐로 차단기(300)의 닫음 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 S70 단계에 대한 실시 내용은, 상기 S60 단계 이후에도 상기 계통 내 고장이 계속 존재하는 것에 기인한 고장 전류의 흐름 여부를 재확인하는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 S80 단계에 대한 실시 내용은, 상기 S70 단계에서 상기 계통 내 고장 전류의 흐름이 재확인되면 상기 재폐로 차단기(300)의 개방 동작을 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 S90 단계 및 상기 S100 단계에 대한 실시 내용은, 상기 S80 단계에서 상기 재폐로 차단기(300) 개방 동작을 다시 수행하면 15초 후에 상기 재폐로 차단기(300)의 닫음 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 S130 단계에 대한 실시 내용은, 상기 S60 단계 및 상기 S100 단계에서 재폐로가 성공적으로 수행되어 고장 전류의 흐름을 완전히 차단한 것이 확인되었을 때 수행되는 단계인 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법. - 제 2 항에 있어서,
주파수 조정 또는 최대 부하 삭감 기능이 구비된 ESS의 재폐로 제어 방법의 실시 흐름의 검증 자료에는 계통 전류 파형 자료, 재폐로 스위치 및 ESS 연계 스위치 개폐 동작 신호 자료, SOC 파형 자료가 포함되는 것을 특징으로 하는 ESS의 재폐로 제어 방법.
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| KR1020150137739A KR101827390B1 (ko) | 2015-09-30 | 2015-09-30 | 주파수 조정 또는 최대 부하 삭감 기능이 구비된 ess의 재폐로 방법 |
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