KR102017629B1 - 변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템 - Google Patents

변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템 Download PDF

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Abstract

변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템에 대해 개시한다.
본 발명의 보호 계전 시스템은 계통 전력 또는 전원 공급부로부터 전력을 입력받고 변환하여 부하 장치로 출력하는 전력 변환장치, 전력 변환장치의 입력단 배전 선로를 차단하는 제1 차단부, 전력 변환장치의 출력단 배전 선로를 차단하는 제2 차단부, 및 전력 변환장치의 입력단 전력량과 출력단 전력량을 각각 계측하고, 계측 결과를 이용해 이상 상태 및 고장을 감지하여 제1 및 제2 차단부의 배전 선로 차단을 제어하는 보호 계전 장치를 포함하는바, 본 발명은 전력 변환 장치, 인버터, 전력 저장 장치 등 피보호 대상이 되는 변전 설비에 입력 및 출력되는 전력량을 동시에 실시간으로 검출하여, 위험 상태가 감지되면 변전 설비의 입력 또는 출력을 미리 차단함으로써, 변전 설비들의 사고나 고장을 방지할 수 있다.

Description

변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템{PROTECTIVE RELAY SYSTEM FOR SUBSTATION PROTECTION}
본 발명은 전력 변환 장치, 인버터, 전력 저장 장치 등 피보호 대상이 되는 변전 설비에 입력 및 출력되는 전력량을 동시에 실시간으로 검출하여, 위험 상태가 감지되면 변전 설비의 입력 또는 출력을 미리 차단함으로써, 변전 설비들의 사고나 고장을 방지할 수 있도록 한 변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전력 변환 장치, 인버터, 전력 저장 장치 등의 변전 설비는 배전반, 수배전반, 분전반 등에 구성되어 미리 저장된 전력이나 계통의 고전압 전력을 소비 계통에 맞게 전압으로 변환하여, 아파트, 빌딩, 학교, 공장, 항만 등에 필요한 전력을 공급할 수 있도록 구성된다.
전력 변환 장치, 인버터, 전력 저장 장치 등의 변전 설비는 전력 변환을 제어하는 최적 운전 제어기 및 전력 감시 제어기 등을 포함하게 되며, 외부의 습기나 이물질 등의 유입을 차단하고 가설이 용이하도록 단일 외함의 고전압 일체형으로 제작되고 있다.
이러한 전력 변환 장치나 인버터 등의 전력 변환을 감시하는 감시 제어기로는 보호 계전기와 차단기, 오퍼레이터 등이 주로 이용되고 있다. 이중 보호 계전기는 디지털 메터와 마이크로 컨트롤 유닛 등을 이용하여 변전되는 전력량을 실시간 모니터링하여 과부하, 단선, 단락 등의 이상이 발생하면 해당 연결 선로를 차단한다.
하지만, 종래의 보호 계전기는 변전 설비의 입력단이나 출력단에 독립적으로 설치되어, 입력단이나 출력단 전력량을 독립적으로 모니터링 함으로써, 변전 설비의 이상 상태 및 고장을 감지한다. 따라서, 종래의 보호 계전기들은 변전 설비 전단과 후단에 독립적으로 설치되어야 하기 때문에 점유 공간을 넓게 차지하고, 그 설치 비용 또한 증가하게 되는 문제들이 있었다.
또한, 종래의 보호 계전기는 변전 설비에 입력 및 출력되는 전압이나 전류 특성별로 복합적인 계측 및 보호가 불가능했고, 변전 설비의 전단과 후단에 독립적으로 설치되어야 했기 때문에 차동 제어가 불가능한 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전력 변환 장치, 인버터, 전력 저장 장치 등 피보호 대상이 되는 변전 설비에 입력 및 출력되는 전력량을 동시에 실시간으로 검출하여, 위험 상태가 감지되면 변전 설비의 입력 또는 출력을 미리 차단함으로써, 변전 설비들의 사고나 고장을 방지할 수 있도록 한 변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템은 계통 전력 또는 전원 공급부로부터 전력을 입력받고 변환하여 부하 장치로 출력하는 전력 변환장치, 전력 변환장치의 입력단 배전 선로를 차단하는 제1 차단부, 전력 변환장치의 출력단 배전 선로를 차단하는 제2 차단부, 및 전력 변환장치의 입력단 전력량과 출력단 전력량을 각각 계측하고, 계측 결과를 이용해 이상 상태 및 고장을 감지하여 제1 및 제2 차단부의 배전 선로 차단을 제어하는 보호 계전 장치를 포함한다.
이러한 보호 계전 장치는 전력 변환장치의 입력단 전력, 전압, 전류를 센싱하는 제1 및 제2 입력단, 전력 변환장치의 출력단 전력, 전압, 전류를 센싱하는 제3 및 제4 입력단, 입력단과 출력단의 전력, 전압, 전류 중 적어도 하나의 값을 디지털 값으로 변환하여 출력하는 ADC, 전력, 전압, 전류 중 적어도 하나에 대한 디지털 변환 값을 미리 설정된 전류, 전압, 또는 전류 기준치와 비교하여 상기 전력 변환장치의 이상 상태 및 고장을 감지하는 CPU, 및 CPU로부터의 이상 상태 및 고장을 감지 결과에 따라 제1 및 제2 차단부의 배전 선로 차단을 제어하는 DSP를 포함한다.
상기와 같은 다양한 기술 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템은 전력 변환 장치, 인버터, 전력 저장 장치 등 피보호 대상이 되는 변전 설비에 입력 및 출력되는 전력량을 동시에 실시간으로 검출하여, 위험 상태가 감지되면 변전 설비의 입력 또는 출력을 미리 차단함으로써, 변전 설비들의 사고나 고장을 방지할 수 있는 효과가 있다.
구체적으로, 변전 설비의 입력단과 출력단의 전력량(또는, 전류나 전압)을 동일 시점에 샘플링하고 그 크기를 비교하여, 위험 상태를 감지할 수 있도록 하는바, 위험 감지 정확성과 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 하나의 보호 계전기 구성으로 변전 설비의 입력단 및 출력단의 전력량을 동시에 실시간 검출하여 차동 계측 및 차동 보호를 수행할 수 있도록 하는바, 보호 계전기 구성 공간과 설치 비용을 줄일 수 있도록 하면서도 차동 보호를 통한 계측 및 보호 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템을 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 보호 계전 장치를 구체적으로 나타낸 구성 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 보호 계전 장치의 보호 계측 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 도 2에 도시된 보호 계전 장치의 차동 계측 및 차동 보호 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템을 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 보호 계전 시스템은 계통 전력 또는 전원 공급부(100)로부터 전력을 입력받고 변환하여 부하 장치(300)로 출력하는 전력 변환장치(200), 전력 변환장치(200)의 입력단 배전 선로를 차단하는 제1 차단부(401), 전력 변환장치(200)의 출력단 배전 선로를 차단하는 제2 차단부(402), 및 전력 변환장치(200)의 입력단 전력량과 출력단 전력량을 각각 계측하고, 계측 결과를 이용해서 전력 변환장치(200)의 이상 상태, 고장, 및 배전 선로의 전력 전송 불량을 감지하여 제1 및 제2 차단부(401, 401)의 배전 선로 차단을 제어하는 보호 계전 장치(500)를 포함한다.
전력 변환장치(200)는 인버터, 전력 저장 장치 등 피보호 대상이 되는 변전 설비가 될 수 있다. 이러한 피보호 변전 설비는 배전반, 분전반, 수배전반 등에 구비되어 배전 계통을 지배하고, 소비전력 계통 또는 부하 장치(300)로 전력을 배분한다. 예를 들면, 전원 공급부(100)로부터 직류 전원(DC)을 입력받고, 입력된 직류 전원(DC)을 교류 전원(AC)으로 변환하여 부하 장치(300)로 출력할 수 있다. 또한, 직류 전원(DC)이나 교류 전원(AC)의 전압 또는 전류 레벨을 소비 계통에 맞는 전압이나 전류 레벨로 변환하여 출력할 수도 있다.
반면, 전력 변환장치(200)의 교류 전원(AC)/직류 전원(DC) 변환 특성에 따라서는 전원 공급부(100)로부터 교류 전원(AC)을 입력받아 직류 전원(DC)으로 변환하여 부하 장치(300)로 출력할 수 있다. 하지만, 이하에서는 설명의 편의상 도 1을 참조하여, 전력 변환장치(200)가 전원 공급부(100)로부터 직류 전원(DC)을 입력받고, 입력된 직류 전원(DC)을 교류 전원(AC)으로 변환하여 부하 장치(300)로 출력하는 예를 구체적으로 설명하기로 한다.
제1 차단부(401)는 전력 계통이나 전원 공급부(100)로부터의 전력이 전력 변환장치(200)로 입력되는 배전 선로에 구성되어, 보호 계전 장치(500)의 제어에 따라 전력 변환장치(200)의 입력단 배전 선로를 차단하거나 또는 연결시킬 수 있다.
제2 차단부(402)는 전력 변환장치(200)에서 변환된 전력이 소비전력 계통 또는 부하 장치(300)로 출력되는 배전 선로에 구성되어, 보호 계전 장치(500)의 제어에 따라 전력 변환장치(200)의 출력단 배전 선로를 차단하거나 또는 연결시킬 수 있다.
보호 계전 장치(500)는 전력 변환장치(200)의 입력단 전력량과 출력단 전력량을 각각 계측한다. 즉, 전력 변환장치(200)의 입력단으로 입력되는 전력량과 전력 변환장치(200)의 출력단으로 출력되는 전력량을 실시간으로 동시에 각각 계측한다.
이렇게, 보호 계전 장치(500)는 전력 변환장치(200)의 입력단과 출력단 전력량을 양쪽에서 동시에 계측하여, 그 계측 결과에 따라 보호 동작이 수행되도록 함으로써, 차동 계측 및 차동 보호 동작을 수행할 수 있다.
보호 계전 장치(500)는 전력 변환장치(200)의 입력단 전력량과 출력단 전력량 중 적어도 하나의 전력량이 검출되면, 검출된 적어도 하나의 전력량을 미리 설정된 전력 기준치와 비교한다. 그리고 입력단 전력량과 출력단 전력량 중 적어도 하나의 전력량이 전력 기준치 이하로 판단되면, 전력 변환장치(200)의 이상 동작, 고장, 또는 배전 선로의 전력 전송 불량 등으로 판단할 수 있다.
이상 동작이나 고장 확인시, 보호 계전 장치(500)는 제1 및 제2 차단 제어신호(CS1,CS2)를 제1 및 제2 차단부로 공급하여, 제1 및 제2 차단부(401,402)의 배전 선로가 차단되도록 제어한다.
한편으로, 보호 계전 장치(500)는 전력 변환장치(200)의 입출력 전력량 외에, 전력 변환장치(200)의 입력단 전압 값과 전류 값, 및 출력단 전압 값과 전류 값을 각각 계측하기도 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 보호 계전 장치(500)는 전력 변환장치(200)의 입력단 전력량과 출력단 전력량을 미리 설정된 전력 기준치와 비교하여, 전력 변환장치(200)의 이상 동작, 고장, 또는 배전 선로의 전력 전송 불량 등으로 판단할 수 있다.
하지만, 본 발명의 보호 계전 장치(500)는 전력 변환장치(200)의 입/출력단의 전력량 외에도 전력 변환장치(200)의 입력단 전압 값과 전류 값, 및 출력단 전압 값과 전류 값 중 적어도 하나의 값을 이용해 전력 변환장치(200)의 이상 동작, 고장, 또는 배전 선로의 전력 전송 불량 등으로 판단할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 보호 계전 장치(500)는 전력 변환장치(200)의 입력단 전압 값과 전류 값, 및 출력단 전압 값과 전류 값 중 적어도 하나의 값을 미리 설정된 전압 기준치 또는 전류 기준치와 비교한다. 그리고 전력 변환장치(200)의 입력단 전압 값과 전류 값, 및 출력단 전압 값과 전류 값 중 적어도 하나의 값이 미리 설정된 전압 기준치 또는 전류 기준치 전력 기준치 이하로 판단되면, 전력 변환장치(200)의 이상 동작, 고장, 또는 배전 선로의 전력 전송 불량 등으로 판단할 수 있다.
이상 동작이나 고장 확인시, 보호 계전 장치(500)는 제1 및 제2 차단 제어신호(CS1,CS2)를 제1 및 제2 차단부로 공급하여, 제1 및 제2 차단부(401,402)의 배전 선로가 차단되도록 제어한다.
앞서 상술한 본 발명의 실시 예에서는 전력 변환장치(200)의 입력 및 출력단의 전력량이나 전압 값 및 전류 값 중 적어도 하나의 값을 기준치와 비교한 예를 설명하였다.
이와 달리, 본 발명의 또 다른 실시 예로는, 보호 계전 장치(500)는 전력 변환장치(200)의 입력단과 출력단의 차이 전력량이나 차이 전압 값 및 차이 전류 값 중 적어도 하나의 차이 값을 미리 설정된 기준 범위와 비교하여, 그 차동 범위 비교 결과에 따라 전력 변환장치(200)를 보호할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 보호 계전 장치(500)는 전력 변환장치(200)의 입력단 전력량과 출력단 전력량을 비교하고, 입력단 전력량과 출력단 전력량의 차이 값이 미리 설정된 차동 기준 범위보다 더 크거나 더 낮게 판단되면, 제1 및 제2 차단 제어신호(CS1,CS2)를 제1 및 제2 차단부(401,402)로 공급하여 제1 및 제2 차단부(401,402)의 배전 선로가 차단되도록 제어할 수 있다.
또한, 보호 계전 장치(500)는 전력 변환장치(200)의 입력단 전압 값과 전류 값, 및 출력단 전압 값과 전류 값을 각각 계측하고, 입력단 전압 값과 출력단 전압 값을 비교하거나, 입력단 전류 값과 출력단 전류 값을 비교한다. 그리고 입력단 전압 값과 출력단 전압 값의 차이 값이나, 입력단 전류 값과 출력단 전류 값의 차이 값이 미리 설정된 차동 기준 범위보다 더 크거나 더 낮게 판단되면, 제1 및 제2 차단 제어신호(CS1,CS2)를 제1 및 제2 차단부(401,402)로 공급하여 제1 및 제2 차단부(401,402)의 배전 선로가 차단되도록 제어할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 보호 계전 장치를 구체적으로 나타낸 구성 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 보호 계전 장치(500)는 전력 변환장치(200)의 입력단 전력, 전압, 전류를 센싱하는 제1 및 제2 입력단(501, 502), 전력 변환장치(200)의 출력단 전력, 전압, 전류를 센싱하는 제3 및 제4 입력단(503, 504), 입력단과 출력단의 전력, 전압, 전류 중 적어도 하나의 값을 디지털 값으로 변환하여 출력하는 ADC(Analog-to-Digital Converter, 510), 전력, 전압, 전류 중 적어도 하나에 대한 디지털 변환 값을 미리 설정된 전류, 전압, 또는 전류 기준치와 비교하여 전력 변환장치(200)의 이상 상태 및 고장을 감지하는 CPU(Central Process Unit, 550), 및 CPU(550)로부터의 이상 상태 및 고장을 감지 결과에 따라 제1 및 제2 차단부(401,402)의 배전 선로 차단을 제어하는 DSP(Digital Signal Processor, 520)를 포함한다.
이와 더불어, 보호 계전 장치(500)는 DSP(520)의 제어에 따라 제1 차단 제어신호를 생성하여 제1 차단부(401)의 배전 선로가 차단되도록 제어하는 제1 제어신호 출력부, DSP(520)의 제어에 따라 제2 차단 제어신호를 생성하여 제2 차단부(402)의 배전 선로가 차단되도록 제어하는 제2 제어신호 출력부, 및 유/무선 통신을 수행하여 CPU(550)에서 판단된 이상 상태 및 고장을 감지 결과를 외부의 관제 서버 또는 관리 모듈로 전송하는 통신부(560)를 더 포함한다.
통신부(560)는 CPU(550)에 내장되는 내장형이 될 수 있으며, CPU(550)와 별도로 구성될 수도 있다. 이러한 통신부(560)는 RS-232 등의 시리얼 포트로 유선 통신을 수행하여 CPU(550)에서 판단된 이상 상태 및 고장을 감지 결과를 외부의 관제 서버 또는 관리 모듈로 전송할 수 있다. 반면, 통신부(560)는 지그비(Zigbee), 비콘(iBeacon), 와이다이(Wi-Di) 등의 무선 통신 모듈을 구비하여, CPU(550)에서 판단된 이상 상태 및 고장을 감지 결과를 외부의 관제 서버 또는 관리 모듈로 무선 전송할 수도 있다.
제1 및 제2 입력단(501, 502)은 전력 변환장치(200)의 입력단 전력, 전압(AC(v))), 전류(AC(A)))를 센싱하고, 센싱된 전력 값, 전압 값 및 전류 값 중 적어도 하나의 값을 ADC(510)로 공급한다. 이를 위해, 제1 및 제2 입력단(501, 502)은 적어도 하나의 절연체(in) 및 증폭기(aa)를 구비하며, 필요에 따라서는 전압 또는 전류 필터를 더 구비하기도 한다.
제3 및 제4 입력단(503,504)는 전력 변환장치(200)의 출력단 전력, 전압(DC(v)), 전류(DC(A))를 센싱하고, 센싱된 전력 값, 전압 값 및 전류 값 중 적어도 하나의 값을 ADC(510)로 공급한다. 이를 위해, 제3 및 제4 입력단(503, 504) 또한 적어도 하나의 절연체(in) 및 증폭기(aa)를 구비하며, 필요에 따라서는 전압 또는 전류 필터를 더 구비하기도 한다.
ADC(510)는 제1 및 제2 입력단(501, 502)로 입력되는 전력 변환장치(200)의 입력단 전력 값, 전압 값 및 전류 값 중 적어도 하나의 값을 디지털 값(ADC_Data)으로 변환하여, DSP(520)로 전송한다.
또한, 제3 및 제4 입력단(503,504)으로 입력되는 전력 변환장치(200)의 출력단 전력 값, 전압 값 및 전류 값 중 적어도 하나의 값을 디지털 값(DC_Data)으로 변환하여, DSP(520)로 전송한다.
도 3은 도 2에 도시된 보호 계전 장치의 보호 계측 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3을 참조하여, 보호 계전 장치(500)의 CPU(550)에서 전력 변환장치(200) 입력단 및 출력단의 전력량이나 전압 값 및 전류 값 중 적어도 하나의 값을 기준치와 비교함으로써, 전력 변환장치(200)의 고장 예후를 예측하고 보호하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
CPU(550)는 전력 변환장치(200)의 입력단 전압(AC(v))), 및 전류(AC(A))를 연산하여 입력단의 전력량을 계산하고, 마찬가지로 출력단 전압(DC(v))), 및 전류(DC(A))를 연산하여 출력단의 전력량 또한 계산한다. 그리고 입력단 전력량과 출력단 전력량 중 적어도 하나의 전력량에 대한 디지털 변환 값(ADC_Data)을 미리 설정된 전력 기준치와 비교한다.
그리고 입력단의 전력량과 출력단의 전력량 중 적어도 하나의 전력량이 전력 기준치 이하로 판단되면, 고장 발생신호를 DSP(520)로 공급한다. 이에, DSP(520)는 고장 발생신호에 따라 제1 및 제2 차단 제어신호(CS1,CS2)를 제1 및 제2 차단부(401,402)로 각각 공급하여 제1 및 제2 차단부(401, 402)의 배전 선로가 차단되도록 제어한다.
또한, CPU(550)는 전력 변환장치(200)의 입력단 전압(AC(v))과 전류(AC(A)), 및 출력단 전압 값과 전류전압(DC(v)), 및 전류(DC(A)) 값 중 적어도 하나의 값에 대한 디지털 변환 값을 미리 설정된 전압 기준치 또는 전류 기준치(R_ac,R_dc)와 비교할 수 있다.
그리고 전력 변환장치(200)의 입력단 전압(AC(v))과 전류(AC(A)), 및 출력단 전압 값과 전류전압(DC(v)), 및 전류(DC(A)) 값 중 적어도 하나의 값이 미리 설정된 전압 기준치 또는 전류 기준치(R_ac,R_dc) 이하로 판단되면, 고장 발생신호를 DSP(520)로 공급할 수 있다. 이때, DSP(520)는 고장 발생신호에 따라 제1 및 제2 차단 제어신호(CS1,CS2)를 제1 및 제2 차단부(401,402)로 공급하여 제1 및 제2 차단부(401,402)의 배전 선로가 차단되도록 제어하게 된다.
도 4는 도 2에 도시된 보호 계전 장치의 차동 계측 및 차동 보호 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4를 참조하여, 보호 계전 장치(500)에서 전력 변환장치(200)의 입력단과 출력단의 차이 전력량이나, 차이 전압 값 및 차이 전류 값 중 적어도 하나의 차이 값(dg)을 미리 설정된 기준 범위(Rdg)와 비교함으로써, 그 차동 범위 비교 결과에 따라 전력 변환장치(200)의 고장 예후를 예측하고 보호하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
CPU(550)는 전력 변환장치(200)의 입력단 전력량에 대한 디지털 변환 값과 출력단 전력량에 대한 디지털 변환 값을 서로 비교한다. 그리고 입력단 전력량에 대한 디지털 변환 값과 출력단 전력량에 대한 디지털 변환 값의 차이 값(dg)이 미리 설정된 차동 기준 범위(Rdg)보다 더 크거나 더 낮아진 것으로 판단되면, 고장 발생신호를 DSP(520)로 공급할 수 있다.
구체적으로, CPU(550)는 입력단 전력량에 대비 출력단 전력량의 차이 값이 미리 설정된 차이 값 기준 범위인 차동 기준 범위(Rdg) 내에 포함되면 정상 동작으로 판단한다. 이 경우는 고장 발생 신호를 출력하지 않는다.
하지만, CPU(550)는 입력단 전력량에 대비 출력단 전력량의 차이 값 차동 기준 범위(Rdg) 이상이면 과전압/과전류가 발생한 것으로 판단하여, 고장 발생신호를 DSP(520)로 공급한다. 그리고 CPU(550)는 입력단 전력량에 대비 출력단 전력량의 차이 값 차동 기준 범위(Rdg) 미만이면, 전력 변환장치(200)에 전력량이 누적되는 것으로 판단하여 고장 발생신호를 DSP(520)로 공급한다.
한편으로, CPU(550)는 입력단과 출력단의 전력량 외에도 전압 값이나 전류 값을 비교하여 고장을 판단할 수도 있다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
CPU(550)는 입력단 전압과 출력단 전압에 대한 디지털 변환 값을 서로 비교하거나, 입력단 전류와 출력단 전류에 대한 디지털 변환 값을 서로 비교할 수 있다. 그리고 입력단 전압과 출력단 전압의 차이 값(dg)이나, 입력단 전류와 출력단 전류의 차이 값(dg)이 미리 설정된 차동 기준 범위(Rdg) 내에 포함된 경우에는 정상 동작으로 판단한다. 하지만, 입력단 전압과 출력단 전압의 차이 값(dg)이나, 입력단 전류와 출력단 전류의 차이 값(dg)이 미리 설정된 차동 기준 범위(Rdg) 보다 더 크거나 더 낮아진 것으로 판단되면, 고장 발생신호를 DSP(520)로 공급할 수 있다.
이에, DSP(520)는 고장 발생신호에 따라 제1 및 제2 차단 제어신호(CS1,CS2)를 제1 및 제2 차단부(401,402)로 공급하여 제1 및 제2 차단부(401,402)의 배전 선로가 차단되도록 제어하게 된다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템은 전력 변환 장치, 인버터, 전력 저장 장치 등 피보호 대상이 되는 변전 설비에 입력 및 출력되는 전력량을 동시에 실시간으로 검출하여, 위험 상태가 감지되면 변전 설비의 입력 또는 출력을 미리 차단함으로써, 변전 설비들의 사고나 고장을 방지할 수 있다.
특히, 하나의 보호 계전기 구성으로 변전 설비의 입력단 및 출력단의 전력량을 동시에 실시간 검출하여 차동 계측 및 차동 보호를 수행할 수 있도록 하는바, 보호 계전기 구성 공간과 설치 비용을 줄일 수 있도록 하면서도 차동 보호를 통한 계측 및 보호 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 전원 공급부
200: 전력 변환장치
300: 부하장치
401: 제1 차단기
402: 제2 차단기
500: 보호 계전기
510: ADC
520: DSP
530: 제1 제어신호 출력부
540: 제2 제어신호 출력부
550: CPU
560: 통신부

Claims (11)

  1. 계통 전력 또는 전원 공급부로부터 전력을 입력받고 변환하여 부하 장치로 출력하는 전력 변환장치;
    상기 전력 변환장치의 입력단 배전 선로를 차단하는 제1 차단부;
    상기 전력 변환장치의 출력단 배전 선로를 차단하는 제2 차단부; 및
    상기 전력 변환장치의 입력단 전력량과 출력단 전력량을 각각 계측하고, 계측 결과를 이용해 이상 상태 및 고장을 감지하여 상기 제1 및 제2 차단부의 배전 선로 차단을 제어하는 보호 계전 장치를 포함하고,
    상기 보호 계전 장치는
    상기 전력 변환장치의 입력단 전력량과 출력단 전력량의 차이 값, 상기 입력단 전압 값과 상기 출력단 전압 값의 차이 값, 및 상기 입력단 전류 값과 상기 출력단 전류 값의 차이 값 중 적어도 하나의 차이 값이 미리 설정된 차이 값 기준 범위인 차동 기준 범위내에 포함되면 정상 동작으로 판단하고, 상기 적어도 하나의 차이 값이 미리 설정된 차이 값 기준 범위인 차동 기준 범위보다 더 크거나 더 낮아진 것으로 판단되면 상기 제1 및 제2 차단부의 배전 선로 차단을 제어하며,
    상기 보호 계전 장치는
    상기 적어도 하나의 차이 값이 상기 차동 기준 범위 미만으로 판단되면 상기 전력 변환장치에 전력량이 누적되는 것으로 판단해서 고장 발생 신호를 출력함과 아울러, 상기 적어도 하나의 차이 값이 상기 차동 기준 범위보다 더 큰 것으로 판단되면 과전압이나 과전류가 발생한 것으로 판단해서 상기 고장 발생 신호를 출력하는 CPU; 및
    상기 CPU로부터의 고장 발생 신호에 따라 상기 제1 및 제2 차단부의 배전 선로 차단을 제어하는 DSP를 포함하는,
    변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호 계전 장치는
    상기 전력 변환장치의 입력단 전력량과 출력단 전력량 중 적어도 하나의 전력량을 미리 설정된 전력 기준치와 비교하여, 상기 입력단 전력량과 상기 출력단 전력량 중 적어도 하나의 전력량이 상기 전력 기준치 이하로 판단되면,
    제1 및 제2 차단 제어신호를 상기 제1 및 제2 차단부로 공급하여 상기 제1 및 제2 차단부의 배전 선로가 차단되도록 제어하는
    변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호 계전 장치는
    상기 전력 변환장치의 입력단 전압 값과 전류 값, 및 출력단 전압 값과 전류 값을 각각 계측하고,
    상기 전력 변환장치의 입력단 전압 값과 전류 값, 및 상기 출력단 전압 값과 전류 값 중 적어도 하나의 값을 미리 설정된 전압 기준치 또는 전류 기준치와 비교하여, 상기 전력 변환장치의 입력단 전압 값과 전류 값, 및 상기 출력단 전압 값과 전류 값 중 적어도 하나의 값이 상기 미리 설정된 전압 기준치 또는 전류 기준치 상기 전력 기준치 이하로 판단되면,
    제1 및 제2 차단 제어신호를 상기 제1 및 제2 차단부로 공급하여 상기 제1 및 제2 차단부의 배전 선로가 차단되도록 제어하는
    변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호 계전 장치는
    상기 전력 변환장치의 입력단 전력, 전압, 전류를 센싱하는 제1 및 제2 입력단;
    상기 전력 변환장치의 출력단 전력, 전압, 전류를 센싱하는 제3 및 제4 입력단;
    상기 입력단과 상기 출력단의 전력, 전압, 전류 중 적어도 하나의 값을 디지털 값으로 변환하여 출력하는 ADC를 포함하는
    변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보호 계전 장치는
    상기 DSP의 제어에 따라 제1 차단 제어신호를 생성하여 상기 제1 차단부의 배전 선로가 차단되도록 제어하는 제1 제어신호 출력부;
    상기 DSP의 제어에 따라 제2 차단 제어신호를 생성하여 상기 제2 차단부의 배전 선로가 차단되도록 제어하는 제2 제어신호 출력부; 및
    유/무선 통신을 수행하여 상기 CPU에서 판단된 이상 상태 및 고장을 감지 결과를 외부의 관제 서버 또는 관리 모듈로 전송하는 통신부를 더 포함하는
    변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 CPU는
    상기 전력 변환장치의 입력단 전력량과 출력단 전력량 중 적어도 하나의 전력량에 대한 디지털 변환 값을 미리 설정된 전력 기준치와 비교하여, 비교 결과 상기 입력단 전력량과 상기 출력단 전력량 중 적어도 하나의 전력량이 상기 전력 기준치 이하로 판단되면, 고장 발생신호를 상기 DSP로 공급하며,
    상기 DSP는 상기 고장 발생신호에 따라 상기 제1 및 제2 차단 제어신호를 상기 제1 및 제2 차단부로 공급하여 상기 제1 및 제2 차단부의 배전 선로가 차단되도록 제어하는
    변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 CPU는
    상기 전력 변환장치의 입력단 전압 값과 전류 값, 및 상기 출력단 전압 값과 전류 값 중 적어도 하나의 값에 대한 디지털 변환 값을 미리 설정된 전압 기준치 또는 전류 기준치와 비교하고,
    상기 전력 변환장치의 입력단 전압 값과 전류 값, 및 상기 출력단 전압 값과 전류 값 중 적어도 하나의 값에 대한 디지털 변환 값이 상기 미리 설정된 전압 기준치 또는 전류 기준치 상기 전력 기준치 이하로 판단되면, 고장 발생신호를 상기 DSP로 공급하며,
    상기 DSP는 상기 고장 발생신호에 따라 상기 제1 및 제2 차단 제어신호를 상기 제1 및 제2 차단부로 공급하여 상기 제1 및 제2 차단부의 배전 선로가 차단되도록 제어하는
    변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 CPU는
    상기 전력 변환장치의 입력단 전력량에 대한 디지털 변환 값과 상기 출력단 전력량에 대한 디지털 변환 값을 서로 비교하고, 상기 입력단 전력량에 대한 디지털 변환 값과 상기 출력단 전력량에 대한 디지털 변환 값의 차이 값이 미리 설정된 차동 기준 범위보다 더 크거나 더 낮은 것으로 판단되면, 상기 고장 발생신호를 상기 DSP로 공급하며,
    상기 DSP는 상기 고장 발생신호에 따라 상기 제1 및 제2 차단 제어신호를 상기 제1 및 제2 차단부로 공급하여 상기 제1 및 제2 차단부의 배전 선로가 차단되도록 제어하는 변전 설비 보호를 위한 보호 계전 시스템.
  11. 삭제
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