KR101843009B1 - 커패시터 방전전류를 이용한 고장구간 검출 장치 및 방법 - Google Patents

커패시터 방전전류를 이용한 고장구간 검출 장치 및 방법 Download PDF

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권기현
한준
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Abstract

본 명세서는 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 DC/DC 컨버터에 포함된 커패시터의 방전 전력을 측정하여 고장의 종류 및 구간을 검출할 수 있는 장치 및 방법을 개시한다. 본 명세서의 일 실시예에 따른 고장구간 검출 장치는 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 DC/DC 컨버터에 포함된 커패시터의 방전 전력을 측정하는 측정모듈, 방전 전류의 극성을 분석하는 극성분석모듈, 방전 전류의 볼록성 방향 및 크기를 판단하는 볼록성판단모듈 및 데이터통신모듈을 포함하는 다수의 측정부; 및 상기 다수의 측정부와 연결된 데이터통신모듈, 방전 전류의 크기 및 극성에 관한 데이터를 이용하여 고장의 종류를 판별하는 고장종류판별모듈 및 고장종류가 PTP(Pole-To-Pole) 고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 양측 방전 전류의 크기 비교를 통해 고장구간 검출하고 고장종류가 PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTN(Pole-To-Neutral)고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수가 어느 방향에 더 많이 존재하는지 여부를 이용하여 고장이 발생한 구간을 판별하는 고장구간검출모듈을 포함하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

커패시터 방전전류를 이용한 고장구간 검출 장치 및 방법{FAULT SECTION DETECTION APPARATUS USING CAPACITOR DISCHARGE CURRENT AND METHOD THEREOF}
본 발명은 커패시터 방전 전류를 이용한 고장구간 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 본 발명에서는 링 형태의 양극성 저압직류 배전계통에서 선로고장 발생 시, 해당 고장의 종류를 판별하고 그에 따른 고장구간을 검출할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
링 형태의 양극성 저압직류 배전계통에서 선로고장 발생 시, 해당 고장의 종류를 판별하고 그에 따른 고장구간을 검출이 필요하다. 대표적인 고장점 표정 및 고장구간 검출 기법으로는 i) 진행파 기반의 방법과 ii) 임피던스 기반의 방법이 존재한다.
진행파 기반의 방법은 점 대 점 형태로 구성된 송전계통에서는 매우 높은 정확성을 나타내는 장점을 가지지만, 선로의 길이가 상대적으로 짧을 뿐만 아니라 다수의 분기선을 포함하는 배전계통에서는 정확성이 매우 떨어지는 단점을 갖는다. 임피던스 기반의 방법은 정상상태의 전압 및 전류 측정값에 기반하기 때문에 신속한 고장구간 격리를 요구하는 해당 계통에는 적용하기 어렵다는 단점이 존재한다. 뿐만 아니라 두 방식은 모두 분기선으로 인해 잘못된 지점을 고장점으로 검출할 수 있다는 문제점을 가지고 있다.
또한, 상기 두 가지 방법 외에, 고장 발생 시 각 구간의 양 끝에서 전류의 방향을 비교함으로써 고장구간을 검출하는 방법은 링 형태의 계통에서만 적용될 수 있는 특별한 방식이다. 특히, 전압 및 전류의 위상차를 이용하여 복잡한 기존 교류계통과는 달리 직류계통에서는 극성을 이용하여 간단히 검출할 수 있다. 하지만 고장 직후 커패시터 방전 전류가 수 십 ms 동안 진동하기 때문에 극성을 이용한 방법으로는 신속한 고장구간 검출이 어렵다는 단점이 존재한다.
대한민국 등록특허공보 제10-1648308호
본 명세서는 양극성 직류 배전계통에서도 신속하게 고장구간을 검출 및 격리하여 신뢰성을 향상시키기 위한 과제를 가진다.
본 명세서에 기재된 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 고장구간 검출 장치는, 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 DC/DC 컨버터에 포함된 커패시터의 방전 전력을 측정하는 측정모듈, 방전 전류의 극성을 분석하는 극성분석모듈, 방전 전류의 볼록성 방향 및 크기를 판단하는 볼록성판단모듈 및 데이터통신모듈을 포함하는 다수의 측정부; 및 상기 다수의 측정부와 연결된 데이터통신모듈, 방전 전류의 크기 및 극성에 관한 데이터를 이용하여 고장의 종류를 판별하는 고장종류판별모듈 및 고장종류가 PTP(Pole-To-Pole) 고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 양측 방전 전류의 크기 비교를 통해 고장구간 검출하고 고장종류가 PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTN(Pole-To-Neutral)고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수가 어느 방향에 더 많이 존재하는지 여부를 이용하여 고장이 발생한 구간을 판별하는 고장구간검출모듈을 포함하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 DC/DC 컨버터는 750VDC를 380VDC로 변환시키는 컨버터일 수 있다.
상기 극성분석모듈은 방전 전류가 발생한 시점부터 최초 최대값까지를 1차 구간으로 구분하고, 상기 1차 구간의 미분(di/dt)값이 양인 경우 방전 전류의 극성값을 '1'로 출력하고, 상기 1차 구간의 미분(di/dt)값이 음인 경우 방전 전류의 극성값을 '0'으로 출력할 수 있다.
상기 볼록성판단모듈은, 상기 1차 구간의 2차 미분(d 2 i / dt 2 ) 값이 음(-)일 때 상기 방전 전류의 크기를 분석 및 출력하고, 상기 1차 구간의 2차 미분(d 2 i / dt 2 ) 값이 양(+)일 때 상기 방전 전류의 크기를 '0'으로 출력할 수 있다.
상기 볼록성판단모듈은, 프로니 분석(Prony analysis)을 통해 상기 방전 전류의 크기를 분석할 수 있다.
상기 고장종류판별모듈은, 상기 방전 전류의 크기가 '0'이 아닌 값을 가진 방전 전류의 미분값인 극성값 중 적어도 어느 하나가 '0'의 값을 가질 때, PTN(Pole-To-Neutral)고장으로 판별할 수 있다.
상기 고장종류판별모듈은, 상기 방전 전류의 크기가 '0'이 아닌 값을 가진 방전 전류의 미분값인 극성값 모두가 '1'의 값을 가지며, 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부를 기준으로 거리가 먼 측정부에서 측정된 방전 전류의 크기가 점차적으로 작아지는 특성을 가질 때, PTP(Pole-To-Pole) 고장으로 판별하고, 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부를 기준으로 거리가 먼 측정부에서 측정된 방전 전류의 크기가 점차적으로 작아지는 특성을 가지지 않을 때, PTG(Pole-To-Ground) 고장으로 판별할 수 있다.
상기 고장구간검출모듈은, PTP(Pole-To-Pole) 고장일 때, 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부를 기준으로 인접한 2개의 측정부들 중에서 측정된 방전 전류의 크기 중 보다 큰 값을 가진 측정부와 상기 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부 사이 지점을 고장 발생구간으로 검출할 수 있다.
상기 고장구간검출모듈은, PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTN(Pole-To-Neutral) 고장일 때, 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수가 많은 방향에 위치한 측정부들 중에서 상기 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부와 가장 인접한 측정부와 상기 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부 사이 지점을 고장 발생구간으로 검출할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 고장구간 검출 장치의 상기 제어부는, 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 다수의 차단기 중 고장이 발생한 구간을 차단할 수 차단기를 개방시킬 수 있는 차단기 개방신호를 출력하는 차단기제어모듈;을 더 포함할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서의 일 실시예에 따른 고장구간 검출 방법은 (a) 각 측정부에 포함된 측정모듈이 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 DC/DC 컨버터에 포함된 커패시터의 방전 전력을 측정하는 단계; (b) 각 측정부에 포함된 극성분석모듈이 방전 전류의 극성을 분석하는 단계; (c) 각 측정부에 포함된 볼록성판단모듈이 방전 전류의 볼록성 방향 및 크기를 판단하는 단계; (d) 다수의 측정부가 데이터통신모듈을 통해 제어부에게 방전 전류의 극성 및 크기에 대한 데이터를 전송하는 단계; (e) 제어부에 포함된 고장종류판별모듈이 방전 전류의 크기 및 극성에 관한 데이터를 이용하여 고장의 종류를 판별하는 단계; 및 (f) 제어부에 포함된 고장구간검출모듈이 고장종류가 PTP(Pole-To-Pole) 고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 양측 크기 비교를 통해 고장구간 검출하고 고장종류가 PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTN(Pole-To-Neutral)고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수를 이용하여 고장이 발생한 구간을 판별하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 DC/DC 컨버터는 750VDC를 380VDC로 변환시키는 컨버터일 수 있다.
상기 (b) 단계는, 방전 전류가 발생한 시점부터 최초 최대값까지를 1차 구간으로 구분하고, 상기 1차 구간의 미분(di/dt)값이 양인 경우 방전 전류의 극성값을 '1'로 출력하고, 상기 1차 구간의 미분(di/dt)값이 음인 경우 방전 전류의 극성값을 '0'으로 출력하는 단계일 수 있다.
상기 (c) 단계는, 상기 1차 구간의 2차 미분(d2i/dt2 ) 값이 음(-)일 때 상기 방전 전류의 크기를 분석 및 출력하고, 상기 1차 구간의 2차 미분(d2i/dt2 ) 값이 양(+)일 때 상기 방전 전류의 크기를 '0'으로 출력하는 단계일 수 있다.
상기 (c) 단계는, 프로니 분석(Prony analysis)을 통해 상기 방전 전류의 크기를 분석하는 단계일 수 있다.
상기 (e) 단계는, 상기 방전 전류의 크기가 '0'이 아닌 값을 가진 방전 전류의 미분값인 극성값 중 적어도 어느 하나가 '0'의 값을 가질 때, PTN(Pole-To-Neutral)고장으로 판별하는 단계일 수 있다.
상기 (e) 단계는, 상기 방전 전류의 크기가 '0'이 아닌 값을 가진 방전 전류의 미분값인 극성값 모두가 '1'의 값을 가지며, 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부를 기준으로 거리가 먼 측정부에서 측정된 방전 전류의 크기가 점차적으로 작아지는 특성을 가질 때, PTP(Pole-To-Pole) 고장으로 판별하고, 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부를 기준으로 거리가 먼 측정부에서 측정된 방전 전류의 크기가 점차적으로 작아지는 특성을 가지지 않을 때, PTG(Pole-To-Ground) 고장으로 판별하는 단계일 수 있다.
상기 (f) 단계는, PTP(Pole-To-Pole) 고장일 때, 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부를 기준으로 인접한 2개의 측정부들 중에서 측정된 방전 전류의 크기 중 보다 큰 값을 가진 측정부와 상기 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부 사이 지점을 고장 발생구간으로 검출하는 단계일 수 있다.
상기 (f) 단계는, PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTN(Pole-To-Neutral) 고장일 때, 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수가 많은 방향에 위치한 측정부들 중에서 상기 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부와 가장 인접한 측정부와 상기 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부 사이 지점을 고장 발생구간으로 검출하는 단계일 수 있다.
(g) 상기 제어부에 포함된 차단기제어모듈이 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 다수의 차단기 중 고장이 발생한 구간을 차단할 수 차단기를 개방시킬 수 있는 차단기 개방신호를 출력하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서의 다른 실시예에 따른 고장구간 검출 장치는, 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 DC/DC 컨버터에 포함된 커패시터의 방전 전력을 측정하는 측정모듈 및 데이터통신모듈을 포함하는 다수의 측정부; 및 상기 다수의 측정부와 연결된 데이터통신모듈, 방전 전류의 극성을 분석하는 극성분석모듈, 방전 전류의 볼록성 방향 및 크기를 판단하는 볼록성판단모듈, 방전 전류의 크기 및 극성에 관한 데이터를 이용하여 고장의 종류를 판별하는 고장종류판별모듈 및 고장종류가 PTP(Pole-To-Pole) 고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 양측 크기 비교를 통해 고장구간 검출하고 고장종류가 PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTN(Pole-To-Neutral)고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수를 이용하여 고장이 발생한 구간을 판별하는 고장구간검출모듈을 포함하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서의 다른 실시예에 따른 고장구간 검출 방법은, (a) 각 측정부에 포함된 측정모듈이 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 DC/DC 컨버터에 포함된 커패시터의 방전 전력을 측정하는 단계; (b) 다수의 측정부가 데이터통신모듈을 통해 제어부에게 방전 전류의 측정 데이터를 전송하는 단계; (c) 각 측정부에 포함된 극성분석모듈이 방전 전류의 극성을 분석하는 단계; (d) 각 측정부에 포함된 볼록성판단모듈이 방전 전류의 볼록성 방향 및 크기를 판단하는 단계; (e) 제어부에 포함된 고장종류판별모듈이 방전 전류의 크기 및 극성에 관한 데이터를 이용하여 고장의 종류를 판별하는 단계; 및 (f) 제어부에 포함된 고장구간검출모듈이 고장종류가 PTP(Pole-To-Pole) 고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 양측 크기 비교를 통해 고장구간 검출하고 고장종류가 PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTN(Pole-To-Neutral)고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수를 이용하여 고장이 발생한 구간을 판별하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 명세서에 따른 고장구간 검출 장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 직류 배전계통에 선로고장 발생 시, 해당 고장구간을 검출 및 격리하여 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
둘째, 커패시터 방전 전류의 볼록성 판단을 통해 고장구간에 인접한 DC/DC 컨버터의 커패시터 방전 전류에 한정하여 분석함으로써 고장구간 검출의 신속성을 향상시킬 수 있다.
셋째, 추가적인 측정장치의 설치를 요구하지 않고, 계통의 안정적인 운영을 위해서 필수적으로 요구되는 전력변환기기의 모니터링 장비를 통해 충분히 구현이 가능하기 때문에 매우 경제적이다.
본 명세서에 기재된 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 고장구간 검출 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 링 형태의 양극성 직류 배전로의 참고도이다.
도 3은 배전 계통에 고장이 발생한 경우 커패시터에 발생하는 방전 전류의 예시도이다.
도 4는 커패시터 방전 전류를 2개의 구간으로 분해된 참고도이다.
도 5는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 고장구간 검출 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 6 및 도 7은 본 명세서의 일 실시예에 따른 고장구간 검출 방법의 순서도이다.
도 8 및 도 9는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 고장구간 검출 방법이다.
도 10은 0.1Ω의 PTG 고장이 발생한 경우의 측정값이다.
도 11은 10Ω의 PTG 고장이 발생한 경우의 측정값이다.
도 12는 PTN 고장이 발생한 경우의 측정값이다.
도 13은 PTP 고장이 발생한 경우의 측정값이다.
도 14는 분산전원이 연계된 계통에 PTG 고장이 발생한 경우의 측정값이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 도면을 중심으로 본 명세서에 따른 고장구간 검출 장치 및 방법을 설명하고자 한다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 고장구간 검출 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 고장구간 검출 장치(100)는 측정부(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다. 상기 제어부(120)는 다수의 측정부(110)와 연결될 수 있다.
상기 측정부(110)는 측정모듈(111), 극성분석모듈(112), 볼록성판단모듈(113) 및 데이터통신모듈(114)을 포함할 수 있다.
상기 측정모듈(111)은 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 DC/DC 컨버터에 포함된 커패시터의 방전 전력을 측정할 수 있다.
도 2는 링 형태의 양극성 직류 배전로의 참고도이다.
도 2를 참조하면, (+)극성을 가진 배선, (-)극성을 가진 배선 및 접지된 배선이 링 형태로 구성된 것을 확인할 수 있다. 그리고 DC/DC 컨버터(converter)들은 전력 수요단(load)과 상기 배선 사이에 연결된 것을 확인할 수 있다. 상기 DC/DC 컨버터는 전력 공급라인에서 공급되는 전압을 전력 수요단에서 필요로 하는 적정한 전압으로 변화시켜주는 역할을 한다. 본 명세서의 일 예시에 따르면, 상기 DC/DC 컨버터는 750V의 직류(750VDC)를 380V의 직류(380VDC)로 변환할 수 있다.
상기 DC/DC 컨버터의 입력단에는 커패시터가 연결되어 있는데, 배전선들로 이루어진 배전 계통에 고장이 발생한 경우, 상기 커패시터에 방전 전류가 발생한다. 상기 측정모듈(111)은 배전 계통에 고장이 발생했을 때 상기 커패시터에 발생하는 방전 전류를 측정하는 역할을 할 수 있다. 상기 측정모듈(111)은 미리 설정된 샘플링 간격을 통해 커패시터의 방전 전류를 측정하고, 그 측정값을 ADC(Analog-Digital Converting)을 통해 디지털값으로 출력할 수 있다.
상기 극성분석모듈(112)은 방전 전류의 극성을 분석할 수 있다.
도 3은 배전 계통에 고장이 발생한 경우 커패시터에 발생하는 방전 전류의 예시도이다.
도 3을 참조하면, 방전 전류는 전류값이 증가하는 '1차 구간'과 전류값이 감소하는 '2차 구간'으로 구분될 수 있다. 상기 극성분석모듈(112)은 방전 전류가 발생한 시점부터 최초 최대값까지를 1차 구간으로 구분하고, 상기 최초 최대값부터 최초 최소값까지가 2차 구간으로 구분할 수 있다.
도 4는 커패시터 방전 전류를 2개의 구간으로 분해된 참고도이다.
상기 극성분석모듈(112)은 상기 1차 구간의 미분(di/dt)를 통해서 방전 전류의 극성을 판단할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 극성분석모듈(112)은 상기 1차 구간의 미분(di/dt)값이 양인 경우 방전 전류의 극성값을 '1'로 출력하고, 상기 1차 구간의 미분(di/dt)값이 음인 경우 방전 전류의 극성값을 '0'으로 출력할 수 있다. 본 명세서의 도 3 및 도 4에 도시된 예시는 1차 구간의 미분값이 양인 경우이다. 한편, 본 명세서에서 방전 전류의 극성값을 '1' 또는 '0'으로 표시하는 것은 구분이 편의성을 위한 것이며, 방전 전류의 극성을 구분할 수 있는 다양한 표기 방법이 가능하므로 상기 예시가 본 명세서의 범위를 제한하는 것은 아니다.
본 명세서에서는 상기 방전 전류의 극성값을 'sigpol(k)'이라고 표시하겠다. 상기 '(K)'는 다수의 측정부(110)에서 극성값을 출력할 때, 어느 측정부(110)에서 출력된 값이지 구분하기 위한 표시이다. 참고로, 상기 극성값은 상기 제어부(120)가 고장의 종류를 판별할 때 사용될 수 있다.
상기 볼록성판단모듈(113)은 방전 전류의 볼록성 방향 및 크기를 판단할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 볼록성판단모듈(113)은 상기 1차 구간의 2차 미분(d2i/dt2 )를 통해서 1차 구간의 위로 볼록(convex up) 여부를 판단할 수 있다. 상기 볼록성판단모듈(113)은 상기 1차 구간의 2차 미분(d2i/dt2 ) 값이 음(-)일 때 상기 방전 전류의 크기를 분석 및 출력할 수 있다. 반면, 상기 볼록성판단모듈(113)은 상기 1차 구간의 2차 미분(d2i/dt2 ) 값이 양(+)일 때 상기 방전 전류의 크기를 '0'으로 출력할 수 있다.
본 명세서에서는 상기 방전 전류의 크기값을 'Ak'라고 표시하겠다. 상기 k는 다수의 측정부(110)에서 크기값을 출력할 때, 어느 측정부(110)에서 출력된 값인지를 구분하기 위한 표시이다. 참고로, 상기 제어부(120)는 상기 방전 전류의 크기값이 '0'으로 설정되는 부분은, 볼록성 판단에서 제외된 부분으로서, 고장 발생 구간을 분석함에 있어서 배제할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 상기 볼록성판단모듈(113)은 프로니 분석(Prony analysis)을 통해 상기 방전 전류의 크기를 분석할 수 있다. 일반적으로 커패시터 방전 전류는 저감쇠 정현파 함수의 형태를 가질 수 있다. 상기 볼록성판단모듈(113)은 샘플링 된 커패시터 방전 전류를 통해 얻은 아래 수학식 1로부터 오일러 공식을 바탕으로 아래 수학식 2를 얻음으로써 저감쇠 정현파 함수의 크기 및 주파수 등에 관한 정보를 얻을 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112016101953910-pat00001
p: 순수 감쇠 지수함수의 개수와 정현파 함수의 복소 형태(켤레 복소수 포함)의 개수의 합
β k : 복소 크기 성분
zk: 복소 주파수 성분
N: 샘플링 수
xn: 측정부에서 측정되어 샘플링된 커패시터 방전 전류
<수학식 2>
Figure 112016101953910-pat00002
q: 기본 함수의 수 (순수 감쇠 지수함수의 개수와 정현파 함수의 개수의 합으로 나타냄)
A k : 크기 성분
δ k : 감쇠 성분
f k : 주파수 성분
θ k : 위상 성분
t: 시간
x(t): 수학식 1로부터 오일러 공식을 통해 구한 커패시터 방전 전류
상기 데이터통신모듈(114)은 상기 방전 전류의 극성 및 방전 전류의 크기에 대한 데이터를 상기 제어부(120)로 송신할 수 있다.
상기 제어부(120)는 데이터통신모듈(124), 고장종류판별모듈(121) 및 고장구간검출모듈(122)을 포함할 수 있다.
상기 데이터통신모듈(124)은 측정부(110)에 포함된 데이터통신모듈(114)로부터 방전 전류의 극성 및 방전 전류의 크기에 대한 데이터를 수신할 수 있다. 이 경우, 상기 측정부(110)의 개수에 따라 상기 방전 전류의 극성 및 방전 전류의 크기에 대한 데이터 역시 다수의 데이터를 수신할 수 있다.
상기 고장종류판별모듈(121)은 방전 전류의 크기 및 극성에 관한 데이터를 이용하여 고장의 종류를 판별할 수 있다.
상기 고장종류판별모듈(121)은 수신된 방전 전류의 크기(Ak) 데이터 중 가장 큰 값을 가진 데이터(Ak*)를 찾아낼 수 있다. 참고로, 상기 가장 큰 값을 가진 데이터(Ak*)는 고장의 종류 판별 뿐만 아니라, 고장 구간을 검출할 때에도 사용될 수 있다.
상기 고장종류판별모듈(121)은 상기 다수의 측정부(110)로부터 수신된 방전 전류의 극성값(sigpol(k))을 이용하여 PTN(Pole-To-Neutral) 고장인지 여부를 판단할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 고장종류판별모듈(121)은 상기 방전 전류의 크기가 '0'이 아닌 값을 가진 방전 전류의 극성값 중 적어도 어느 하나의 극성이 '0'의 값(sigpol(k)=0)을 가질 때, PTN(Pole-To-Neutral) 고장으로 판별할 수 있다.
상기 고장종류판별모듈(121)은 상기 방전 전류의 크기가 '0'이 아닌 값을 가진 방전 전류의 극성값 모두가 '1'의 값(sigpol(k)=1)을 가질 때, PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTP(Pole-To-Pole) 고장으로 판별할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 고장종류판별모듈(121)은 방전 전류의 크기가 가장 큰 값(Ak*)을 가진 측정부(110)를 기준으로 거리가 먼 측정부(110)에서 측정된 방전 전류의 크기가 점차적으로 작아지는 특성을 가질 때, PTP(Pole-To-Pole) 고장으로 판별할 수 있다. 반면, 상기 고장종류판별모듈(121)은 방전 전류의 크기가 가장 큰 값(Ak*)을 가진 측정부(110)를 기준으로 거리가 먼 측정부(110)에서 측정된 방전 전류의 크기가 점차적으로 작아지는 특성을 가지지 않을 때, PTG(Pole-To-Ground) 고장으로 판별할 수 있다.
상기 고장구간검출모듈(122)은 고장종류가 PTP(Pole-To-Pole) 고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 양측 방전 전류의 크기 비교를 통해 고장구간을 검출할 수 있다. 보다 구체적으로, 방전 전류의 크기값이 가장 큰 값(Ak*)을 가진 측정부(110)를 기준으로 인접한 2개의 측정부(110)들 중에서 측정된 방전 전류의 크기값이 보다 큰 값을 가진 측정부(110)와 상기 방전 전류의 크기값이 가장 큰 값(Ak*)을 가진 측정부(110) 사이 지점을 고장 발생구간으로 판별할 수 있다. 이 것은 PTP 고장의 경우, 고장 발생 지점으로부터 거리가 멀어질수록 방전 전류의 크기가 감소하는 특성을 고려한 것이다.
상기 고장구간검출모듈(122)은 고장종류가 PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTN(Pole-To-Neutral) 고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수가 어느 방향에 더 많이 존재하는지 여부를 이용하여 고장이 발생한 구간을 검출할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 고장구간검출모듈(122)은 방전 전류의 크기값이 가장 큰 값을 가진 측정부(110)를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수가 더 많은 방향에 위치한 측정부(110)들 중에서 상기 방전 전류의 크기값이 가장 큰 값을 가진 측정부(110)에 가장 인접한 측정부(110)와 상기 방전 전류의 크기값이 가장 큰 값을 가진 측정부(110) 사이 지점을 고장 발생구간으로 검출할 수 있다.
한편, 상기 제어부(120)는 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 다수의 차단기 중 고장이 발생한 구간을 차단할 수 차단기를 개방시킬 수 있는 차단기 개방신호를 출력하는 차단기제어모듈(123)을 더 포함할 수 있다. 상기 차단기제어모듈(123)에서 출력된 차단기 개방신호에 의해 고장이 발생한 구간의 배선을 차단시킬 수 있다.
도 5는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 고장구간 검출 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1 및 도 5를 함께 참조하면, 본 명세서에 도시된 두 실시예는 볼록성판단모듈 및 극성분석모듈이 위치하는 곳에 차이점이 있는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 명세서의 다른 실시예에 따른 고장구간 검출 장치(200)는 상기 측정부(210)에서 최소한의 구성으로 방전 전류에 대한 데이터만 상기 제어부(220)에 전송하고, 상기 제어부(220)에서 모든 데이터 처리 및 분석이 이루어지는 실시예이다. 상기 측정부(210) 및 제어부(220)의 각 구성은 동일 명칭을 가진 본 명세서의 일 실시예에 따른 고장구간 검출 장치(100)에서 이미 설명되었으므로 반복적인 설명은 생략하도록 한다.
이하에서는 본 명세서에 따른 고장구간 검출 방법에 대해서 설명하도록 한다.
도 6 및 도 7은 본 명세서의 일 실시예에 따른 고장구간 검출 방법의 순서도이다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 고장구간 검출 방법은 본 명세서의 일 실시예에 따른 고장구간 검출 장치(100)를 이용한 방법으로 각 구성에 대한 반복적인 설명은 생략하도록 한다.
먼저 도 6을 참조하면, 단계 S311에서 각 측정부(110)에 포함된 측정모듈(111)이 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 DC/DC 컨버터에 포함된 커패시터의 방전 전력을 측정할 수 있다.
다음 단계 S312에서 각 측정부(110)에 포함된 극성분석모듈(112)이 방전 전류의 극성을 분석할 수 있다. 이때, 극성분석모듈(112)이 방전 전류가 발생한 시점부터 최초 최대값까지를 1차 구간으로 구분하고, 상기 1차 구간의 미분(di/dt)값이 양인 경우 방전 전류의 극성값을 '1'로 출력하고, 상기 1차 구간의 미분(di/dt)값이 음인 경우 방전 전류의 극성값을 '0'으로 출력할 수 있다(단계 S313, S314, S315).
다음 단계 S316에서 각 측정부(110)에 포함된 볼록성판단모듈(113)이 방전 전류의 볼록성 방향 및 크기를 판단할 수 있다. 이때 상기 볼록성판단모듈(113)은 상기 1차 구간의 2차 미분(d2i/dt2 ) 값이 음(-)일 때 상기 방전 전류의 크기를 분석 및 출력하고, 상기 1차 구간의 2차 미분(d2i/dt2 ) 값이 양(+)일 때 상기 방전 전류의 크기를 '0'으로 출력할 수 있다(단계 S317, S318, S319).
여기까지가 상기 측정부(110)에 이루어지는 단계이다. 다수의 측정부(110)가 데이터통신모듈(114)을 통해 제어부(120)로 방전 전류의 극성 및 크기에 대한 데이터를 전송할 수 있다.
다음 도 7을 참조하면, 상기 제어부(120)에 포함된 고장종류판별모듈(121)이 방전 전류의 크기 및 극성에 관한 데이터를 이용하여 고장의 종류를 판별할 수 있다. 보다 구체적으로 단계 S321에서, 방전 전류의 크기값(Ak) 중 최대값 (Ak*)을 찾을 수 있다. 그리고 상기 고장종류판별모듈(121)은 상기 방전 전류의 크기값이 '0'이 아닌 값을 가진 방전 전류의 극성값 중 적어도 어느 하나가 '0'의 값을 가질 때, PTN(Pole-To-Neutral) 고장으로 판별할 수 있다(단계 S322, 단계 S324). 한편, 상기 고장종류판별모듈(121)은 상기 방전 전류의 크기값이 '0'이 아닌 값을 가진 방전 전류의 극성값 모두가 '1'의 값을 가지며, 방전 전류의 크기값이 가장 큰 값을 가진 측정부(110)를 기준으로 거리가 먼 측정부(110)에서 측정된 방전 전류의 크기값이 점차적으로 작아지는 특성을 가질 때, PTP(Pole-To-Pole) 고장으로 판별하고, 방전 전류의 크기값이 가장 큰 값을 가진 측정부(110)를 기준으로 거리가 먼 측정부(110)에서 측정된 방전 전류의 크기값이 점차적으로 작아지는 특성을 가지지 않을 때, PTG(Pole-To-Ground) 고장으로 판별할 수 있다(단계 S322, 단계 S323, 단계 S325, 단계 S326).
다음으로 상기 제어부(120)에 포함된 고장구간검출모듈(122)이 고장종류가 PTP(Pole-To-Pole) 고장일 때 최대 크기값을 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 양측 크기 비교를 통해 고장구간을 검출하고 고장종류가 PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTN(Pole-To-Neutral) 고장일 때 최대 크기값을 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수를 이용하여 고장이 발생한 구간을 판별할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 고장구간검출모듈(122)은 PTP(Pole-To-Pole) 고장일 때, 방전 전류의 크기값이 가장 큰 값을 가진 측정부(110)를 기준으로 인접한 2개의 측정부(110)들 중에서 측정된 방전 전류의 크기값이 보다 큰 값을 가진 측정부(110)와 상기 방전 전류의 크기값이 가장 큰 값을 가진 측정부(110) 사이 지점을 고장 발생구간으로 검출할 수 있다(단계 S328, 단계 S329). 한편, 상기 고장구간검출모듈(122)은 PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTN(Pole-To-Neutral) 고장일 때, 방전 전류의 크기값이 가장 큰 값을 가진 측정부(110)를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수가 더 많은 방향에 위치한 측정부(110)들 중에서 상기 방전 전류의 크기값이 가장 큰 값을 가진 측정부(110)에 가장 인접한 측정부(110)와 상기 방전 전류의 크기값이 가장 큰 값을 가진 측정부(110) 사이 지점을 고장 발생구간으로 검출할 수 있다(단계 S327, 단계 S329).
한편, 상기 제어부(120)에 포함된 차단기제어모듈(123)이 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 다수의 차단기 중 고장이 발생한 구간을 차단할 수 차단기를 개방시킬 수 있는 차단기 개방신호를 출력하는 단계(미도시)가 더 포함될 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 고장구간 검출 방법이다.
본 명세서의 다른 실시예에 따른 고장구간 검출 방법은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 고장구간 검출 장치(200)를 이용한 방법으로 각 구성에 대한 반복적인 설명은 생략하도록 한다. 또한, 도 8 및 도 9를 도 6 및 도 7과 각각 대비할 때, 상기 측정부(210)에서 이루어지는 단계와 상기 제어부(220)에서 이루어지는 단계가 구분된 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 명세서의 다른 실시예에 따른 고장구간 검출 방법의 각 단계는 도 6 및 도 7에서 설명된 각 단계와 대응되므로 반복적인 설명을 생략하도록 하겠다.
<실험예>
본 명세서에 따른 커패시터 방전 전류를 이용한 고장구간 검출 장치 및 방법을 검증하기 위해 ElectroMagnetic Transient Program (EMTP)를 이용하여 모델링한 모의 계통은 도 2와 같다. 모의 계통의 자세한 파라미터는 아래의 표 1에 나타내었다.
<표 1>
Figure 112016101953910-pat00003
본 명세서에 따른 장치 및 방법이 링 형태의 양극성 저압직류 배전계통에서 발생한 다양한 선로고장에 대해서 정확하게 고장구간을 검출할 수 있음을 보여주기 위해서 각 고장종류에 따른 모의를 수행하였다. 특히 PTG 고장의 경우, PTN 고장이나 PTP 고장과 달리 상대적으로 높은 크기의 고장저항이 발생할 수 있기 때문에 최대 10Ω의 고장저항까지 모의를 수행하였다. 또한 추후 구축될 마이크로그리드에도 적용 가능함을 확인하기 위하여 모의계통에 분산전원이 연계된 경우도 모의하였다. 각각의 사례들은 모든 고장구간에 대해서 수행되었다.
참고로, 도 10 내지 도 14의 실험예에서 방전 전류의 극성값이 양인 경우는 '1', 음인 경우는 '0'으로 표시되었다. 또한, '#1~#9'는 DC/DC 컨버터의 위치를 의미하며, 'Line @1 ~ Line @8'은 고장이 발생한 지점을 나타낸다.
도 10은 0.1Ω의 PTG 고장이 발생한 경우의 측정값이다.
도 11은 10Ω의 PTG 고장이 발생한 경우의 측정값이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 각각 0.1Ω의 PTG 고장이 발생한 경우와 10Ω의 PTG 고장이 발생한 경우, 제어부(120, 220)에 전달된 데이터를 나타낸다. Sigpol(k)와 Ak를 통해서 PTG 고장임을 확인할 수 있다.
도 12는 PTN 고장이 발생한 경우의 측정값이다.
도 12를 참조하면, PTN 고장 발생 시 제어부(120, 220)에 전달된 데이터를 나타내는데, Sigpol(k)을 통해서 PTN 고장임을 확인할 수 있다. 또한 Ak를 통해서 정확한 고장구간을 검출할 수 있다.
도 13은 PTP 고장이 발생한 경우의 측정값이다.
도 13을 참조하면, PTP 고장이 발생한 사례를 나타내며, 앞선 사례들과 마찬가지로 정확하게 고장종류 판별 및 고장구간을 검출할 수 있다.
도 14는 분산전원이 연계된 계통에 PTG 고장이 발생한 경우의 측정값이다.
도 14를 참조하면, 분산전원이 모의계통에 연계되었을 때 PTG 고장이 발생한 경우를 모의한 결과이다. 분산전원이 연계되었다 하더라도 다른 사례들과 마찬가지로 정확하게 고장종류를 판별하고 고장구간을 검출할 수 있음을 알 수 있다. 따라서 추후 구축될 마이크로그리드에서도 적용 가능함을 예측할 수 있다.
모의결과를 통해 본 명세서에 따른 고장구간 검출 장치 및 방법을 통해서 링 형태의 양극성 직류 배전계통에서 정확하게 고장구간을 검출할 수 있음을 확인할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 고장구간검출 장치
110 : 측정부
111 : 측정모듈
112 : 극성분석모듈
113 : 볼록성판단모듈
114 : 데이터통신모듈
120 : 제어부
121 : 고장종류판별모듈
122 : 고장구간검출모듈
123 : 차단기제어모듈
124 : 데이터통신모듈

Claims (22)

  1. 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 DC/DC 컨버터에 포함된 커패시터의 방전 전력을 측정하는 측정모듈, 방전 전류의 극성을 분석하는 극성분석모듈, 방전 전류의 볼록성 방향 및 크기를 판단하는 볼록성판단모듈 및 데이터통신모듈을 포함하는 다수의 측정부; 및
    상기 다수의 측정부와 연결된 데이터통신모듈, 방전 전류의 크기 및 극성에 관한 데이터를 이용하여 고장의 종류를 판별하는 고장종류판별모듈 및 고장종류가 PTP(Pole-To-Pole) 고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 양측 방전 전류의 크기 비교를 통해 고장구간 검출하고 고장종류가 PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTN(Pole-To-Neutral)고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수가 어느 방향에 더 많이 존재하는지 여부를 이용하여 고장이 발생한 구간을 판별하는 고장구간검출모듈을 포함하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는 750VDC를 380VDC로 변환시키는 컨버터인 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 극성분석모듈은,
    방전 전류가 발생한 시점부터 최초 최대값까지를 1차 구간으로 구분하고,
    상기 1차 구간의 미분(di/dt)값이 양인 경우 방전 전류의 극성값을 '1'로 출력하고,
    상기 1차 구간의 미분(di/dt)값이 음인 경우 방전 전류의 극성값을 '0'으로 출력하는 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 볼록성판단모듈은,
    상기 1차 구간의 2차 미분(d 2 i / dt 2 ) 값이 음(-)일 때 상기 방전 전류의 크기를 분석 및 출력하고,
    상기 1차 구간의 2차 미분(d 2 i / dt 2 ) 값이 양(+)일 때 상기 방전 전류의 크기를 '0'으로 출력하는 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 볼록성판단모듈은, 프로니 분석(Prony analysis)을 통해 상기 방전 전류의 크기를 분석하는 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장종류판별모듈은, 상기 방전 전류의 크기가 '0'이 아닌 값을 가진 방전 전류의 미분값인 극성값 중 적어도 어느 하나가 '0'의 값을 가질 때, PTN(Pole-To-Neutral)고장으로 판별하는 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장종류판별모듈은,
    상기 방전 전류의 크기가 '0'이 아닌 값을 가진 방전 전류의 미분값인 극성값 모두가 '1'의 값을 가지며,
    방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부를 기준으로 거리가 먼 측정부에서 측정된 방전 전류의 크기가 점차적으로 작아지는 특성을 가질 때, PTP(Pole-To-Pole) 고장으로 판별하고,
    방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부를 기준으로 거리가 먼 측정부에서 측정된 방전 전류의 크기가 점차적으로 작아지는 특성을 가지지 않을 때, PTG(Pole-To-Ground) 고장으로 판별하는 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장구간검출모듈은,
    PTP(Pole-To-Pole) 고장일 때, 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부를 기준으로 인접한 2개의 측정부들 중에서 측정된 방전 전류의 크기 중 보다 큰 값을 가진 측정부와 상기 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부 사이 지점을 고장 발생구간으로 검출하는 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장구간검출모듈은,
    PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTN(Pole-To-Neutral) 고장일 때, 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수가 더 많은 방향에 위치한 측정부들 중에서 상기 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부에 가장 인접한 측정부와 상기 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부 사이 지점을 고장 발생구간으로 검출하는 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 다수의 차단기 중 고장이 발생한 구간을 차단할 수 차단기를 개방시킬 수 있는 차단기 개방신호를 출력하는 차단기제어모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 장치.
  11. (a) 각 측정부에 포함된 측정모듈이 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 DC/DC 컨버터에 포함된 커패시터의 방전 전력을 측정하는 단계;
    (b) 각 측정부에 포함된 극성분석모듈이 방전 전류의 극성을 분석하는 단계;
    (c) 각 측정부에 포함된 볼록성판단모듈이 방전 전류의 볼록성 방향 및 크기를 판단하는 단계;
    (d) 다수의 측정부가 데이터통신모듈을 통해 제어부에게 방전 전류의 극성 및 크기에 대한 데이터를 전송하는 단계;
    (e) 제어부에 포함된 고장종류판별모듈이 방전 전류의 크기 및 극성에 관한 데이터를 이용하여 고장의 종류를 판별하는 단계; 및
    (f) 제어부에 포함된 고장구간검출모듈이 고장종류가 PTP(Pole-To-Pole) 고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 양측 크기 비교를 통해 고장구간 검출하고 고장종류가 PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTN(Pole-To-Neutral)고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수를 이용하여 고장이 발생한 구간을 판별하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는 750VDC를 380VDC로 변환시키는 컨버터인 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    방전 전류가 발생한 시점부터 최초 최대값까지를 1차 구간으로 구분하고,
    상기 1차 구간의 미분(di/dt)값이 양인 경우 방전 전류의 극성값을 '1'로 출력하고,
    상기 1차 구간의 미분(di/dt)값이 음인 경우 방전 전류의 극성값을 '0'으로 출력하는 단계인 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 1차 구간의 2차 미분(d 2 i / dt 2 ) 값이 음(-)일 때 상기 방전 전류의 크기를 분석 및 출력하고,
    상기 1차 구간의 2차 미분(d 2 i / dt 2 ) 값이 양(+)일 때 상기 방전 전류의 크기를 '0'으로 출력하는 단계인 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    프로니 분석(Prony analysis)을 통해 상기 방전 전류의 크기를 분석하는 단계인 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    상기 방전 전류의 크기가 '0'이 아닌 값을 가진 방전 전류의 미분값인 극성값 중 적어도 어느 하나가 '0'의 값을 가질 때, PTN(Pole-To-Neutral)고장으로 판별하는 단계인 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    상기 방전 전류의 크기가 '0'이 아닌 값을 가진 방전 전류의 미분값인 극성값 모두가 '1'의 값을 가지며,
    방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부를 기준으로 거리가 먼 측정부에서 측정된 방전 전류의 크기가 점차적으로 작아지는 특성을 가질 때, PTP(Pole-To-Pole) 고장으로 판별하고,
    방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부를 기준으로 거리가 먼 측정부에서 측정된 방전 전류의 크기가 점차적으로 작아지는 특성을 가지지 않을 때, PTG(Pole-To-Ground) 고장으로 판별하는 단계인 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 방법.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    PTP(Pole-To-Pole) 고장일 때, 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부를 기준으로 인접한 2개의 측정부들 중에서 측정된 방전 전류의 크기 중 보다 큰 값을 가진 측정부와 상기 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부 사이 지점을 고장 발생구간으로 검출하는 단계인 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 방법.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTN(Pole-To-Neutral) 고장일 때, 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수가 더 많은 방향에 위치한 측정부들 중에서 상기 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부에 가장 인접한 측정부와 상기 방전 전류의 크기가 가장 큰 값을 가진 측정부 사이 지점을 고장 발생구간으로 검출하는 단계인 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 방법.
  20. 청구항 11에 있어서,
    (g) 상기 제어부에 포함된 차단기제어모듈이 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 다수의 차단기 중 고장이 발생한 구간을 차단할 수 차단기를 개방시킬 수 있는 차단기 개방신호를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 방법.
  21. 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 DC/DC 컨버터에 포함된 커패시터의 방전 전력을 측정하는 측정모듈 및 데이터통신모듈을 포함하는 다수의 측정부; 및
    상기 다수의 측정부와 연결된 데이터통신모듈, 방전 전류의 극성을 분석하는 극성분석모듈, 방전 전류의 볼록성 방향 및 크기를 판단하는 볼록성판단모듈, 방전 전류의 크기 및 극성에 관한 데이터를 이용하여 고장의 종류를 판별하는 고장종류판별모듈 및 고장종류가 PTP(Pole-To-Pole) 고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 양측 크기 비교를 통해 고장구간 검출하고 고장종류가 PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTN(Pole-To-Neutral)고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수를 이용하여 고장이 발생한 구간을 판별하는 고장구간검출모듈을 포함하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 장치.
  22. (a) 각 측정부에 포함된 측정모듈이 링 형태의 양극성 직류 배전로 상에서 연결된 DC/DC 컨버터에 포함된 커패시터의 방전 전력을 측정하는 단계;
    (b) 다수의 측정부가 데이터통신모듈을 통해 제어부에게 방전 전류의 측정 데이터를 전송하는 단계;
    (c) 각 측정부에 포함된 극성분석모듈이 방전 전류의 극성을 분석하는 단계;
    (d) 각 측정부에 포함된 볼록성판단모듈이 방전 전류의 볼록성 방향 및 크기를 판단하는 단계;
    (e) 제어부에 포함된 고장종류판별모듈이 방전 전류의 크기 및 극성에 관한 데이터를 이용하여 고장의 종류를 판별하는 단계; 및
    (f) 제어부에 포함된 고장구간검출모듈이 고장종류가 PTP(Pole-To-Pole) 고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 양측 크기 비교를 통해 고장구간 검출하고 고장종류가 PTG(Pole-To-Ground) 또는 PTN(Pole-To-Neutral)고장일 때 최대 크기를 갖는 커패시터 방전 전류를 기준으로 볼록성 판단의 기준을 만족하는 데이터의 개수를 이용하여 고장이 발생한 구간을 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장구간 검출 방법.
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KR102175998B1 (ko) 2019-07-15 2020-11-06 성균관대학교산학협력단 전력용 반도체형 한류기를 이용한 멀티 터미널 직류 배전계통의 보호 방법, 장치 및 시스템

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