KR101883558B1

KR101883558B1 - 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템 및 절체 방법

Info

Publication number: KR101883558B1
Application number: KR1020160120113A
Authority: KR
Inventors: 원종남; 채우규; 이학주; 박중성; 심준보
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2018-07-30
Also published as: WO2018056503A1; JP2019527025A; JP6770635B2; KR20180031456A; US20190207376A1

Abstract

본 발명은 독립형 마이크로그리드 내 선로 상에 복수로 마련되어 선로의 개방 또는 투입을 제어하는 지능화 개폐기, 전류리미터를 내장하여 출력전류의 제한이 가능한 배터리 인버터 및 상기 복수의 지능화 개폐기로부터 상기 선로의 단락고장 정보를 수신하여 고장구간을 판단하고, 상기 배터리 인버터가 출력전류를 제한하도록 제어하는 운영시스템을 포함하는 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템 및 절체 방법으로서, 리클로저(Recloser)와 같은 별도의 차단설비가 구비되지 못하는 독립형 마이크로그리드 내에서 발생하는 선로 단락 고장구간을 신속하고 정확하게 절체하는 것이 가능하다.

Description

인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템 및 절체 방법{ISOLATION OF FAULTED SECTION FOR SHORT-CIRCUIT FAULT IN INVERTER-BASED REMOTE MICRO-GRID}

본 발명은 인버터 기반의 독립형 마이크로그리드 내에서 선로의 단락 고장이 발생했을 때 단락 고장구간을 절체하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

도서지역의 전력계통은 육지의 대형 계통으로부터 전력을 공급받을 수 없기 때문에 자체적으로 내연발전기를 통해 전력을 생산, 공급하고 있다.

이렇게 내연발전기를 사용하는 경우, 연료비로 인해 발전소 운영비가 매우 높아져서 육지에 비해 전력생산단가가 훨씬 높다.

또한, CO₂ 배출 등의 환경오염 문제를 수반하게 되고, 육지계통에 비해 전력품질이 현저히 떨어지는 단점이 존재한다.

이러한 문제점들을 해결하고자 최근 국내,외 많은 도서지역 독립계통에 독립형 마이크로그리드가 확대 보급되고 있다.

독립형 마이크로그리드는 신재생에너지, 에너지저장장치 등을 사용하기 때문에 연료사용량을 감축할 수 있고, 이를 통해 환경오염 저감, 운영비 절감 등이 가능하다.

특히, 독립형 마이크로그리드는 에너지저장장치 내 인버터가 주전원이 되어 배터리의 충방전을 반복하며, 전압, 주파수를 유지하게 되기 때문에 인버터 기반의 소규모 전력계통이라고 할 수 있다.

이렇듯 독립형 마이크로그리드를 통해 기존 내연발전소의 많은 문제점들을 해결할 수 있지만 선로에 고장이 발생했을 때의 고장처리 방법 및 절차는 독립형 마이크로그리드 적용 전,후의 차이가 없다.

일반적인 도서지역의 독립계통의 경우 배전선로가 수지상으로 구성되어 있고, 선로 내에 수동개폐기만 설치되어 있을 뿐, 리클로저(Recloser)와 같은 별도의 차단설비가 설치되어 있지는 않다.

이로 인해 고장발생시 발전소 내에 있는 고압차단기를 개방해야 하며, 고장이 발생한 선로 전체가 정전이 발생하게 된다.

도서지역의 독립계통은 육지계통과 다르게 비접지선로이기 때문에 지락고장이 발생하는 경우 고장 전류의 크기가 매우 작아서 선로에 설치되어 잇는 개폐기를 이용해 고장구간의 절체가 가능하다.

그러나, 단락고장이 발생하는 경우에는 고장전류의 크기가 매우 크기 때문에 개폐기로는 이를 차단할 수가 없고, 도 1과 같이 고압차단기를 개방해야하며, 이로 인해 해당 선로 전체에 정전이 발생할 수밖에 없게 된다.

그래서, 단락고장으로 인해 차단기를 개방한 후 고장지점을 찾고 이를 복구해야 하므로 고장지점을 운영원이 직접 육안으로 확인하게 되는데, 이때 고장구간에 대한 정보가 없기 때문에 선로 전체를 확인해야 하기 때문에 매우 긴 시간이 소요되고, 이로 인해 정전시간 또한 길어지게 된다.

고장지점을 찾게 되면 개폐기를 개방하여 고장구간은 절체하고 건전구간은 복전시키며, 고장 복구 후에 최종적으로 개방하였던 개폐기를 투입하여 고장구간도 복전시키는 절차를 거치게 된다.

물론, 많은 도서지역에 배전지능화시스템(Distribution Advanced System, DAS)이 적용되기 때문에 통신이 가능한 지능화개폐기를 이용하여 고장구간을 판별하고, 이를 운영원에게 전달하기 때문에 고장 복구시간이 많이 줄어들었다.

그러나, 지능화개폐기를 설치하더라도 단락고장이 발생하게 되면, 지능화개폐기에 의해 고장구간을 절체할 수 없고 차단기가 개방되어야만 하기 때문에 고장선로 전체가 정전이 발생할 수밖에 없다.

이러한 절차는 인버터 기반의 독립형 마이크로그리드가 구축되더라도 동일하게 적용되기 때문에 선로 단락고장이 발생하게 되면 선로 전체가 정전이 될 수밖에 없으며, 고장구간을 절체하는 데 소요되는 시간이 매우 길다.

이를 고려하여 도서지역의 독립계통에 독립형 마이크로그리드가 적용되었을 때 선로 내 단락고장이 발생하더라도 선로 전체가 정전되지 않고 신속하게 고장구간을 절체할 수 있는 방안이 필요하다.

이러한 점을 고려한 종래의 기술 들 중 한국 등록특허 제10-1028745호, 제10-1294698호, 제10-1514999호 등의 고장구간 절체 방법은 육지의 일반적인 배전계통을 대상으로 하고 있다.

상기 종래기술은 고장의 종류가 지락고장인 경우에만 적용할 수 있으며, 단락고장에 대한 절체 방법인 경우에는 선로 중간에 설치되어 잇는 리클로저나 고장구간 절체 개폐기 등을 이용해서 고장구간을 절체하는 방법을 사용하고 있다.

그런데, 도서지역의 독립게통의 경우 일반적으로 이러한 보호설비가 설치되어 있지 않기 때문에 해당 기술들의 적용이 어렵다.

그리고, 한국 등록특허 제10-0675739호, 제10-0740151호 등의 내연발전 기반의 도서지역 비접지계통에서의 고장구간 절체 방법은 다수 존재하지만, 이 또한 고장의 종류가 지락고장인 경우에만 해당하며 단락고장에 대한 방법은 부재하다.

결국, 도서지역 계통에서 단락고장이 발생하게 되면 선로 전체가 정전이 발생할 수밖에 없으며 고장구간 절체 및 복구 시간이 매우 길다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 리클로저(Recloser)와 같은 별도의 차단설비가 구비되지 못하는 독립형 마이크로그리드 내에서 발생하는 선로 단락 고장구간을 신속하고 정확하게 절체하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템은, 독립형 마이크로그리드 내 선로 상에 복수로 마련되어 선로의 개방 또는 투입을 제어하는 지능화 개폐기, 전류리미터를 내장하여 출력전류의 제한이 가능한 배터리 인버터 및 상기 복수의 지능화 개폐기로부터 상기 선로의 단락고장 정보를 수신하여 고장구간을 판단하고, 상기 배터리 인버터가 출력전류를 제한하도록 제어하는 운영시스템을 포함한다.

상기 운영시스템은 상기 지능화 개폐기로부터 수신하는 정보에 의해 고장구간을 판단하여, 판단된 고장구간의 전단에 구비되는 지능화 개폐기를 개방 제어하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 운영시스템은 상기 배터리 인버터의 출력전류 제한 여부를 확인하여 상기 지능화 개폐기의 개방 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 운영시스템은 상기 배터리 인버터에 의해 제한된 단락 고장전류의 크기가 상기 지능화 개폐기의 개방 가능한 최소 전류 크기보다 작은지를 확인하여 상기 지능화 개폐기의 개방 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

이러한 상기 운영시스템은 상기 배터리 인버터에 의해 제한된 단락 고장전류의 크기가 상기 지능화 개폐기의 개방 가능한 최소 전류 크기보다 작은지를 확인하여 상기 배터리 인버터에 의해 전류가 제한되지 않은 경우, 상기 선로 상에 마련되는 차단기를 개방 제어하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 운영시스템은 상기 단락고장이 상기 선로 상에 마련되는 차단기와 상기 차단기로부터 첫 번째 지능형 개폐기 사이 구간에서 발생한 경우, 상기 차단기를 개방 제어하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 운영시스템은 상기 지능화 개폐기가 개방되어 상기 고장구간이 절체되면, 상기 배터리 인버터의 전류제한을 종료 제어하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 운영시스템은 상기 고장구간이 절체되었는지를 확인하여 상기 고장구간의 절체가 불가한 경우에는 상기 선로 상에 마련되는 차단기를 개방 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 운영시스템은 상기 개방시킨 지능화 개폐기의 전단에 구비되는 지능화 개폐기의 정상 전류 여부를 확인하여 상기 고장구간이 절체되었는지를 확인하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 관점에 의한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템은, 독립형 마이크로그리드 내 선로 상에 복수로 마련되어 선로의 개방 또는 투입을 제어하는 지능화 개폐기, 상기 선로 상의 출력전류를 제한하기 위한 출력제한수단 및 상기 복수의 지능화 개폐기로부터 상기 선로의 단락고장 정보를 수신하여 단락고장이 확인되는 경우, 상기 출력제한수단을 제어하여 출력전류를 제한시키는 운영시스템을 포함한다.

상기 운영시스템은 상기 출력제한수단에 의해 출력전류가 제한되면, 상기 단락고장 지점의 전단에 구비되는 지능화 개폐기를 개방시키는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 출력제한수단은 출력전류가 상기 지능화 개폐기의 개방 가능한 최소 전류의 크기보다 작도록 제한하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 관점에 의한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 방법은, 독립형 마이크로그리드 내 선로 상에 단락고장이 발생하면, 전류리미터를 내장하여 출력전류의 제한이 가능한 배터리 인버터의 출력전류를 제한하는 단계, 상기 출력전류를 제한하는 단계에 의해 출력전류가 제한되면, 상기 단락고장 지점의 전단에 설치되는 지능화 개폐기를 개방시키는 단계를 포함한다.

그리고, 상기 지능화 개폐기가 고장전류를 계측하여 고장정보를 운영시스템으로 전송하는 단계 및 상기 운영시스템이 전송받은 고장정보가 단락고장인지 판단하는 단계를 포함하여, 단락고장에 해당하는 경우 상기 배터리 인버터의 출력전류를 제한하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 단락고장인지 판단하는 단계는 상기 고장정보에 의해 수신한 고장전류의 크기가 과전류계전기의 동작전류보다 크면 단락고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 단락고장에 의한 고장구간이 상기 선로 상의 차단기와 첫 번째 지능형 개폐기 사이 구간인지를 판단하는 단계, 상기 고장구간이 상기 선로 상의 차단기와 첫 번째 지능형 개폐기 사이 구간인 경우, 상기 선로 상의 차단기를 개방하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 출력전류를 제한하는 단계는 상기 지능화 개폐기의 개방 가능한 최소 전류 크기보다 작게 출력을 제한하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 출력전류를 제한하는 단계에 의해 상기 지능화 개폐기의 개방 가능한 최소 전류 크기보다 작게 출력이 제한되었는지를 확인하는 단계를 더 포함하고, 상기 지능화 개폐기를 개방시키는 단계는 상기 출력전류의 제한을 확인하여 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 출력전류의 제한을 확인한 결과, 상기 출력전류가 제한되지 않은 경우, 상기 선로 상에 마련되는 차단기를 개방하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 지능화 개폐기를 개방시키는 단계에 의해 상기 지능화 개폐기가 개방되어 상기 고장구간이 절체되면, 상기 출력전류의 제한을 종료하는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 고장구간의 절체가 불가한 경우, 상기 선로 상에 마련되는 차단기를 개방하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 개방시킨 지능화 개폐기의 전단에 구비되는 지능화 개폐기의 정상 전류 여부를 확인하는 단계를 더 포함하여, 상기 개방시킨 지능화 개폐기의 전단에 구비되는 지능화 개폐기의 정상 전류 여부를 확인함으로써 상기 고장구간의 절체여부를 확인하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 방법 및 절체 시스템에 의하면 다음과 같은 효과가 발휘된다.

첫째, 인버터 기반의 독립형 마이크로그리드에서 선로 단락고장 발생시 신속한 고장구간 검출 및 절체가 가능하기 때문에,정전없이 고장구간을 절체할 수 있고 건전구간에 정상적으로 전력을 공급할 수 있다.

둘째, 인버터 기반의 독립형 마이크로그리드에서 지능화 개폐기만으로도 고장구간 절체가 가능하기 때문에 고장전류 차단을 위해 선로에 차단기를 별도로 설치하지 않아도 된다.

셋째, 이를 독립형 마이크로그리드 기술에 접목시킴으로써 시장 경쟁력을 강화시킬 수 있다.

도 1은 종래 독립형 마이크로그리드에서 선로고장으로 인한 상황을 개념적으로 도시한 것이다.
도 2는 지능화개폐기에 의한 고장구간 절체의 이해를 위해 도시한 것이다.
도 3은 단락고장에 따른 고장구간의 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템을 도시한 것이다.
도 5는 인버터 전류리미터에 의한 출력전류 제한을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 의한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 방법을 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도서지역 배전지능화시스템 보급에 따라 많은 도서지역에 지능화개폐기가 구축되었으나 통신을 통해 고장정보만 주고 받을 수 있을 뿐 단락고장시 고장구간을 절체하는 것은 불가하다.

그러나, 단락고장이 발생하더라도 고정전류의 크기가 지능화개폐기가 개방 가능한 크기만큼 작아진다면 선로의 차단기를 개방할 필요없이 개폐기만 이용하여 고장구간의 절체가 가능하다.

이를 위해서는 고장전류의 크기를 줄여줄 장치가 필요한데, 이는 독립형 마이크로그리드의 주전원이 되는 배터리 인버터에 의해 가능하다.

즉, 인버터에 내장되어 있는 전류리미터를 이용하여 단락고장 발생시 순간적으로 고장전류의 크기를 제한할 수가 있다.

다시 말해, 배터리 인버터에 의해 단락고장 전류의 크기를 제한하고 지능화개폐기를 개방하여 선로 전체의 정전없이 고장구간만 절체가 가능하기 때문에 건전구간에는 정상적으로 전력공급이 가능한 것이다.

이를 고려하여 본 발명에서 제시하는 인버터 기반의 독립형 마이크로그리드에서 선로 단락고장 발생시 선로 정전없이 고장구간을 절체하는 방법은 운영시스템에 의한 단락고장의 검출, 지능화개폐기를 통한 고장구간 절체 및 배터리 인버터를 이용한 고장전류 제한으로 구성된다.

선로에 단락고장이 발생하게 되면 고장전류가 흐르게 되고, 지능화개폐기에 의해 고장정보가 독립형 마이크로그리드 운영시스템(이하, '운영시스템'이라 함)으로 전달된다.

운영시스템에서는 수신된 고장정보를 통해 단락고장의 발생여부를 판단한다. 또한 각 지능화개폐기들로부터 수신된 고장정보에 따라 운영시스템에서는 고장구간을 판단하게 된다.

다음으로, 운영시스템에서 배터리 인버터가 출력전류 제한 기능을 수행하도록 명령하여, 인버터의 출력전류 제한 기능을 통해 단락전류의 크기를 개폐기가 개방할 수 있는 정도로 작게 만든다.

일반적으로 단락고장 발생시 정격의 수 배 내지 수십 배의 고장전류가 흐르기 때문에 고장전류 차단 기능이 없는 개폐기로는 단락전류를 차단할 수 없지만, 인버터의 출력전류 제한 기능을 통해 전류의 크기가 작아지게 되면 개페기의 개방이 가능하기 때문에 고장구간을 절체할 수가 있다.

단락전류의 크기가 정해진 값(개폐기가 개방할 수 있는 전류 크기) 이하로 제한되면, 운영시스템에서는 고장구간 바로 앞 단에 설치되어 있는 지능화개폐기가 개방되도록 명령을 내린다.

이렇게 되면 도 2와 같이 고장구간만 절체하고 개방된 지능화개폐기 앞단의 건전구간은 정전 없이 정상적으로 전력공급이 가능하게 된다.

다만, 고장발생 지점이 차단기 바로 후단(수지선로 상 고압차단기와 첫 번째 개폐기 사이)인 경우에는 개폐기에 의한 절체가 불가하기 때문에 차단기를 개방해야만 한다.

선로에는 단락고장을 검출할 수 있는 지능화개폐기가 다수 설치되고 이를 기준으로 고장발생 지점에 따라 고장구간이 구분된다.

도 3에는 선로 상 3개의 개폐기 구간까지를 예시하였고, 이를 기준으로 단락고장 발생지점에 따른 고장구간을 나타내었다. 3개의 개폐기까지를 살펴보면 4가지 경우의 고장구간으로 구분될 수가 있음을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템을 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템은 복수의 지능화 개폐기, 배터리 인버터 및 운영시스템을 포함한다.

지능화 개폐기는 개폐기와 단말장치(FRTU, Feeder Remote Terminal Unit)로 구성된다.

개폐기에는 PT, CT가 내장되어 있어 전압, 전류 등을 계측하여 고장정보를 취득할 수 있고, 개폐기는 상황에 따라 개방, 투입을 하게 된다.

단말장치는 운영시스템과 통신으로 연결되어 고장정보를 송신하고, 명령을 수신하며, 개폐기의 개방, 투입을 제어하는 역할을 수행한다.

본 발명에서 지능화 개폐기는 선로 내 다수가 설치되어 이를 기준으로 고장구간을 구분하게 된다.

단락고장이 발생하는 경우, 이를 개폐기에 의해 검출하고, 단말장치에 의해 운영시스템과 통신으로 연결되어 해당 정보를 전달한다.

운영시스템 및 배터리 인버터에 의해 단락전류가 제한되면 고장구간에 따라서 특정 개폐기가 개방되어 고장구간을 절체하게 된다.

배터리 인버터는 배터리의 직류 전압을 전력 전자 기반의 스위칭 소자를 이용하여 계통의 교류 전압을 변환하는 역할을 한다.

독립형 마이크로그리드에서는 배터리 인버터가 주전원이 되며, 계통 전체의 전압과 주파수를 유지한다.

배터리 인버터는 전류리미터를 내장하고 있기 때문에 출력전류의 제한이 가능하다.

본 발명에서는 고장발생에 따라 운영시스템에서 출력전류 제한 기능이 동작하도록 명령을 내리면 단락전류의 크기를 개폐기가 개폐 가능한 크기로 제한하게 된다.

운영시스템은 본 발명의 전체 로직을 탑재하고 있으며 이를 수행한다.

다수의 지능화 개폐기의 단말장치 및 배터리 인버터와 통신으로 연결되어 있으며 고장정보 및 명령 등을 송수신하게 된다.

지능화 개폐기의 단말장치로부터 수신한 단락고장 검출 결과에 따라서 고장구간을 판단하고 배터리 인버터가 출력전류 제한 기능을 수행하도록 명령을 내린다.

이에 따라 단락전류가 제한되면 고장구간에 따라 개폐기가 개방되도록 단말장치에 명령을 내린다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 방법을 도시한 것이다.

이하, 도 5를 참조하여 일 실시예에 의한 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 방법을 순서적으로 설명한다.

<단락고장 검출 및 고장구간 판단 - S10, S20>

선로 내 단락고장이 발생하게 되면 고장전류가 흐르게 되고, 지능화 개폐기에서는 고장전류를 계측하게 되며, 단말장치에서 이를 통해 고장이 발생했음을 판단한다.

다음으로, 고장종류를 판별하기 위해 해당 고장정보(3상 전압, 전류)를 운영시스템으로 송신한다.

운영시스템에서는 수신된 정보를 통해 단락고장 발생 여부를 판단하게 된다. 무전압이 발생하고 검출된 고장전류의 크기가 OCR(Over Current Relay, 과전류계전기)의 동작전류보다 크면 해당 고장을 단락고장으로 판단한다.

운영시스템에서 단락고장 발생이 확인되면 선로에 설치되어 있는 여러 대의 지능화 개폐기로부터 정보를 수신하여 고장구간을 판단하게 된다. 고장구간은 개페기에서 측정되는 무전압 및 고장전류의 방향을 확인하여 판단하게 된다.

<첫 번째 고장구간에서의 고장여부 확인 - S30>

만약 고장구간이 차단기 바로 후단인 첫 번째 구간(수지선로 상 고압차단기와 첫 번째 개폐기 사이)이라면 고장구간 전단에 개폐기가 존재하지 않기 때문에 고장구간의 절체가 불가하다.

이러한 경우 차단기를 개방하여야 하며, 선로 전체가 고장구간이 되어 정전이 발생하게 된다.

<배터리 인버터에 의한 단락고장 전류 제한 - S40>

고장발생 지점이 첫 번째 구간이 아닌 경우 배터리 인버터가 출력전류 제한 기능을 수행하도록 운영시스템에서 명령을 내린다.

명령을 수신한 인버터는 내장되어 있는 전류리미터를 이용해서 전류 제한 기능을 수행하여 단락고장 전류의 크기가 개폐기가 개폐가능한 수준의 전류 크기까지 제한하게 된다.

도 6에서는 단락고장 발생으로 인해 순간적으로 전류의 크기가 크게 치솟지만 배터리 인버터에 의해 즉각적으로 전류가 제한되는 모습을 나타낸다.

도시와 같이 단락고장 전의 부하전류의 크기와 거의 비슷한 수준으로 전류의 크기가 제한된다.

<지능화 개폐기 개방가능 여부 판단 - S50>

운영시스템에서는 배터리 인버터의 출력전류 제한을 통해 고장전류의 크기가 개폐기가 개폐될 수 있을 만큼 작아졌는지를 판단한다.

여기서, I_{F :}인버터에 의해 제한된 단락 고장전류의 크기[A]

I_{SW :}개폐기의 개방 가능한 최소 전류 크기[A]

만약, 고장상황, 전류제한 기능 오동작 등으로 인해 단락전류의 크기가 I_SW이하로 제한하는 것이 불가한 경우(S51) 고장파급을 막기 위해 선로의 고압차단기를 개방한다(S90).

<지능화 개폐기 동작을 통한 고장구간 절체 - S60>

S50의 조건이 만족하는 경우 운영시스템에서 고장구간의 바로 전단에 설치되어 있는 지능화 개폐기가 개방되도록 명령을 내리고, 이에 따라 지능화 개폐기가 개방되어 고장구간은 절체가 되고 건전구간은 정전없이 정상적으로 전력을 공급받게 된다. 개방된 지능화 개폐기에서는 해당 정보를 운영시스템으로 전달하게 된다.

<고장구간 정상절체 여부 확인 및 전류제한 기능 종료 - S70, S80>

운영시스템에서는 개방된 개폐기의 단말장치로부터 개방되었다는 정보를 수신하며, 실제 정상적으로 고장구간이 절체가 되었는지 확인하기 위해 개방된 지능화 개폐기보다 전단에 설치된 지능화 개폐기(건전구간에 위치)에서 고장이 검출되는지 여부를 확인한다.

정상적으로 개폐기가 개방되어 고장구간이 절체되었을 경우 운영시스템에서는 배터리 인버터에 전류제한 기능을 종료하도록 명령을 내리게 된다.

만약, 개폐기가 오동작, 통신 오류 등으로 인해 개방이 불가하여 고장구간이 정상적으로 절체되지 않은 경우(S71)에는 고장파급을 막기 위해 선로의 고압차단기를 개방한다(S90)

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템 및 절체 방법은 리클로저 등의 차단설비를 갖추고 있지 않은 독립형 마이크로그리드에서 단락고장이 발생하는 경우에 배터리 인버터를 제어하여 지능화 개폐기를 개방할 수 있도록 함으로써 신속하고 정확하게 고장구간을 파악하여 고장선로를 절체시킴으로써 단락고장에 빠르게 대처할 수 있게 하고, 건전구간까지 정전이 되지 않도록 함으로써 전력 공급을 보다 안정적으로 유지할 수 있게 한다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

S10 : 단락고장 검출
S20 : 고장구간 판단
S30 : 첫 번째 고장구간에서의 고장여부 확인
S40 : 배터리 인버터에 의한 단락고장 전류 제한
S50 : 지능화 개폐기 개방가능 여부 판단
S51 : 고장전류 제한 불가 여부 확인
S60 : 지능화 개폐기 동작을 통한 고장구간 절체
S70 : 고장구간 정상절체 여부 확인
S71 : 개폐기 개방 불가 여부 확인
S80 : 전류제한 기능 종료
S90 : 고압차단기 개방

Claims

삭제
독립형 마이크로그리드 내 선로 상에 복수로 마련되어 선로의 개방 또는 투입을 제어하는 지능화 개폐기;
전류리미터를 내장하여 출력전류의 제한이 가능한 배터리 인버터; 및
상기 복수의 지능화 개폐기로부터 상기 선로의 단락고장 정보를 수신하여 고장구간을 판단하고, 상기 배터리 인버터가 출력전류를 제한하도록 제어하는 운영시스템을 포함하고,
상기 운영시스템은 상기 지능화 개폐기로부터 수신하는 정보에 의해 고장구간을 판단하여, 판단된 고장구간의 전단에 구비되는 지능화 개폐기를 개방 제어하는 것을 특징으로 하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 운영시스템은 상기 배터리 인버터의 출력전류 제한 여부를 확인하여 상기 지능화 개폐기의 개방 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 운영시스템은 상기 배터리 인버터에 의해 제한된 단락 고장전류의 크기가 상기 지능화 개폐기의 개방 가능한 최소 전류 크기보다 작은지를 확인하여 상기 지능화 개폐기의 개방 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 운영시스템은 상기 배터리 인버터에 의해 제한된 단락 고장전류의 크기가 상기 지능화 개폐기의 개방 가능한 최소 전류 크기보다 작은지를 확인하여 상기 배터리 인버터에 의해 전류가 제한되지 않은 경우, 상기 선로 상에 마련되는 차단기를 개방 제어하는 것을 특징으로 하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 운영시스템은 상기 단락고장이 상기 선로 상에 마련되는 차단기와 상기 차단기로부터 첫 번째 지능형 개폐기 사이 구간에서 발생한 경우, 상기 차단기를 개방 제어하는 것을 특징으로 하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 운영시스템은 상기 지능화 개폐기가 개방되어 상기 고장구간이 절체되면, 상기 배터리 인버터의 전류제한을 종료 제어하는 것을 특징으로 하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 운영시스템은 상기 고장구간이 절체되었는지를 확인하여 상기 고장구간의 절체가 불가한 경우에는 상기 선로 상에 마련되는 차단기를 개방 제어하는 것을 특징으로 하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 운영시스템은 상기 개방시킨 지능화 개폐기의 전단에 구비되는 지능화 개폐기의 정상 전류 여부를 확인하여 상기 고장구간이 절체되었는지를 확인하는 것을 특징으로 하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템.
삭제
독립형 마이크로그리드 내 선로 상에 복수로 마련되어 선로의 개방 또는 투입을 제어하는 지능화 개폐기;
상기 선로 상의 출력전류를 제한하기 위한 출력제한수단; 및
상기 복수의 지능화 개폐기로부터 상기 선로의 단락고장 정보를 수신하여 단락고장이 확인되는 경우, 상기 출력제한수단을 제어하여 출력전류를 제한시키는 운영시스템을 포함하고,
상기 운영시스템은 상기 출력제한수단에 의해 출력전류가 제한되면, 상기 단락고장 지점의 전단에 구비되는 지능화 개폐기를 개방시키는 것을 특징으로 하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 출력제한수단은 출력전류가 상기 지능화 개폐기의 개방 가능한 최소 전류의 크기보다 작도록 제한하는 것을 특징으로 하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 시스템.
독립형 마이크로그리드 내 선로 상에 단락고장이 발생하면, 전류리미터를 내장하여 출력전류의 제한이 가능한 배터리 인버터의 출력전류를 제한하는 단계;
상기 출력전류를 제한하는 단계에 의해 출력전류가 제한되면, 상기 단락고장 지점의 전단에 설치되는 지능화 개폐기를 개방시키는 단계를 포함하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 지능화 개폐기가 고장전류를 계측하여 고장정보를 운영시스템으로 전송하는 단계; 및
상기 운영시스템이 전송받은 고장정보가 단락고장인지 판단하는 단계를 포함하여,
단락고장에 해당하는 경우 상기 배터리 인버터의 출력전류를 제한하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 단락고장인지 판단하는 단계는 상기 고장정보에 의해 수신한 고장전류의 크기가 과전류계전기의 동작전류보다 크면 단락고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 단락고장에 의한 고장구간이 상기 선로 상의 차단기와 첫 번째 지능형 개폐기 사이 구간인지를 판단하는 단계;
상기 고장구간이 상기 선로 상의 차단기와 첫 번째 지능형 개폐기 사이 구간인 경우, 상기 선로 상의 차단기를 개방하는 단계를 더 포함하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 출력전류를 제한하는 단계는 상기 지능화 개폐기의 개방 가능한 최소 전류 크기보다 작게 출력을 제한하는 것을 특징으로 하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 출력전류를 제한하는 단계에 의해 상기 지능화 개폐기의 개방 가능한 최소 전류 크기보다 작게 출력이 제한되었는지를 확인하는 단계를 더 포함하고,
상기 지능화 개폐기를 개방시키는 단계는 상기 출력전류의 제한을 확인하여 수행하는 것을 특징으로 하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 출력전류의 제한을 확인한 결과, 상기 출력전류가 제한되지 않은 경우, 상기 선로 상에 마련되는 차단기를 개방하는 단계를 더 포함하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 지능화 개폐기를 개방시키는 단계에 의해 상기 지능화 개폐기가 개방되어 상기 고장구간이 절체되면, 상기 출력전류의 제한을 종료하는 단계를 더 포함하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 방법.
청구항 20에 있어서,
상기 고장구간의 절체가 불가한 경우, 상기 선로 상에 마련되는 차단기를 개방하는 단계를 더 포함하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 방법.
청구항 21에 있어서,
상기 개방시킨 지능화 개폐기의 전단에 구비되는 지능화 개폐기의 정상 전류 여부를 확인하는 단계를 더 포함하여,
상기 개방시킨 지능화 개폐기의 전단에 구비되는 지능화 개폐기의 정상 전류 여부를 확인함으로써 상기 고장구간의 절체여부를 확인하는 것을 특징으로 하는,
인버터 기반 독립형 마이크로그리드 내 선로 단락 고장구간 절체 방법.