KR102020008B1 - 분산형 전원의 단독 운전 검출 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 분산형 전원의 단독 운전 검출 시스템은 상용 전력 계통에 연계되어 운전 중이던 분산형 전원이 상용 전력 계통 측의 정전 또는 휴전에 의해 일부 부하와 함께 단독으로 운전되는 것을 검출하기 위한 것으로, 관리 서버에서 상용 전력 계통의 사활선 상태와 분산형 전원에 연결된 인버터의 동작 상태를 활용해 단독 운전을 검출하고; 단독 운전이 검출되면 관리 서버에서 상용 전원 계통과 분산형 전원 사이의 책임 분계점에 있는 기기로 개방 신호가 전달되도록 하여, 단독 운전 중이던 분산형 전원을 트립 시킴으로써 분산형 전원의 단독 운전을 방지한다.

Description

분산형 전원의 단독 운전 검출 시스템 및 방법{Detecting System for Individual Operation of Distributed Power Source and Method thereof}
본 발명은 분산형 전원의 단독 운전 검출 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단독 운전 방지 장치가 동작하지 않아 한전 계통에 역 가압을 하는 경우를 대비해, 한전 계통의 사활선 상태와 인버터 동작 상태를 활용해 단독 운전을 예상하여 검출해낼 수 있는 분산형 전원의 단독 운전 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.
생활수준의 향상으로 인한 전력 소비량 증대 및 전력 산업의 구조 개편 등, 전기 에너지 분야의 변화와 요구에 대응하기 위하여 국내외적으로 신에너지 전원, 예를 들면, 태양광 발전, 풍력 발전, 연료 전지 발전, 소형 열병합 발전 등에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다.
이러한 신에너지 전원과 같은 분산형 전원이 경제성을 가지려면 기존의 전력 공급 체계의 배전 계통과 연계되어 운전되어야 한다.
분산형 전원이 기존의 배전 계통에 연계되어 운전되던 중에 선로 고장이나 작업 등의 이유로 배전 계통의 전력 공급을 차단시키는 경우, 분산형 전원이 단독으로 운전되는 경우가 발생될 수 있다.
이와 같이 분산형 전원이 단독으로 운전하게 될 경우 선로 보수 작업원이 착오를 일으킬 수 있어 감전 사고의 위험이 있고, 단독 운전 계통의 전압 또는 주파수가 허용 범위를 넘어 전기 설비에 오동작 및 수명 저하 등 좋지 않은 영향을 미칠 우려가 있다.
그리고 분산형 전원의 단독 운전이 지속되면 연계 선로의 복구 조작이 지연되어 전력 계통의 불안정 상태가 지속될 수 있고, 기존의 배전 계통이 재투입되는 경우 비동기 투입될 수 있어 분산형 전원측에 피해가 발생될 수 있다.
이와 같이 분산형 전원의 단독 운전을 검출하기 위하여 종래에 채용한 단독 운전 검출방법은 수동적 방식과 능동적 방식으로 크게 나눌 수 있다.
수동적 방식은 단독 운전시의 전압 이상 및 주파수 등의 급변을 검출하는 방식이며, 이 방식은 신속성은 우수하지만 불감대 영역이 있는 점과 평상시 급격한 부하 변동 등에 의하여 오동작을 일으킬 수 있는 단점이 있다.
이에 반해, 능동적 방식은 평상시에는 인위적이며 주기적으로 역변환 장치의 제어계에 변동을 주거나 회로에 강제로 임피던스를 투입하여, 전압과 주파수에 변동을 초래하는 방식이다.
이 방식은 원리적으로는 불감대 영역이 없는 점에서 우수하지만, 검출에 많은 시간이 소요되며, 능동적 방식을 채용하는 다른 분산 전원이 동일 계통에 다수 연계되어 있을 경우 유효하게 동작하지 않을 우려가 있다.
아울러, 기존 구간 개폐기는 전원 측 전력만 감지할 뿐, 분산 전원 측 역 조류를 감지하거나 보호하지 못해 오동작 일으킬 가능성이 존재하였다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2014-0042588호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 단독 운전 방지 장치가 동작하지 않아 한전 계통에 역 가압을 하는 경우를 대비해, 한전 계통의 사활선 상태와 인버터 동작 상태를 활용해 단독 운전을 예상하고 검출해낼 수 있도록 하여, 분산형 전원 동작 상태의 직관적 감시 등 계통 운전 정보를 확대 제공할 수 있고, 분산형 전원 단독 운전 여부의 판단 및 후속 조치로 인해 배전 계통 안전성을 확보할 수 있도록 하는 분산형 전원의 단독 운전 검출 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 분산형 전원의 단독 운전 검출 시스템은 상용 전력 계통에 연계되어 운전 중이던 분산형 전원이 상용 전력 계통 측의 정전 또는 휴전에 의해 일부 부하와 함께 단독으로 운전되는 것을 검출하기 위한 것으로, 관리 서버에서 상용 전력 계통의 사활선 상태와 분산형 전원에 연결된 인버터의 동작 상태를 활용해 단독 운전을 검출하고; 단독 운전이 검출되면 관리 서버에서 상용 전원 계통과 분산형 전원 사이의 책임 분계점에 있는 기기로 개방 신호가 전달되도록 하여, 단독 운전 중이던 분산형 전원을 트립 시킴으로써 분산형 전원의 단독 운전을 방지한다.
정전 또는 휴전 상태는 사고에 의해 보호 계전기가 동작하면서 상용 전원 계통의 주 차단기가 개방된 상태 또는 작업으로 인한 상용 전원 계통의 주 개폐기가 개방된 상태일 수 있다.
관리 서버에서는 상용 전원 계통의 주 차단기가 개방된 상태이거나 또는 상용 전원 계통의 주 개폐기가 개방된 상태일 때 분산형 전원에 연결된 인버터가 닫힘 상태로 동작 중이면 분산형 전원의 단독 운전이라고 판단할 수 있다.
관리 서버는 분산형 전원의 단독 운전이라고 판단되면, 상용 전원 계통과 분산형 전원 사이에 구비된 개폐기가 개방되도록 제어할 수 있다.
그리고 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 분산형 전원의 단독 운전 검출 방법은 상용 전력 계통에 연계되어 운전 중이던 분산형 전원이 상용 전력 계통 측의 정전 또는 휴전에 의해 일부 부하와 함께 단독으로 운전되는 것을 검출하기 위한 방법인 것으로, (a) 관리 서버에서 상용 전력 계통의 사활선 상태와 분산형 전원에 연결된 인버터의 동작 상태를 활용해 단독 운전을 검출하는 제1단계; (b) 상기 제1단계를 통하여 단독 운전이 검출되면 관리 서버에서 상용 전원 계통과 분산형 전원 사이의 책임 분계점에 있는 기기로 개방 신호가 전달되도록 하여, 단독 운전 중이던 분산형 전원을 트립 시킴으로써 분산형 전원의 단독 운전을 방지하는 제2단계를 포함한다.
상기 제1단계에서는 상용 전원 계통의 주 차단기가 개방된 상태인지 또는 상용 전원 계통의 주 개폐기가 개방된 상태인지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2단계에서는 관리 서버에서 상용 전원 계통의 주 차단기가 개방된 상태이거나 또는 상용 전원 계통의 주 개폐기가 개방된 상태일 때 분산형 전원에 연결된 인버터가 닫힘 상태로 동작 중이면 분산형 전원의 단독 운전이라고 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2단계에서는 관리 서버에서 분산형 전원의 단독 운전이라고 판단되면, 상용 전원 계통과 분산형 전원 사이에 구비된 개폐기가 개방되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 분산형 전원의 단독 운전 검출 시스템 및 방법에 따르면, 단독 운전 방지 장치가 동작하지 않아 한전 계통에 역 가압을 하는 경우를 대비해, 한전 계통의 사활선 상태와 인버터 동작 상태를 활용해 단독 운전을 예상하고 검출해낼 수 있도록 하여, 분산형 전원 동작 상태의 직관적 감시 등 계통 운전 정보를 확대 제공할 수 있고, 분산형 전원 단독 운전 여부의 판단 및 후속 조치로 인해 배전 계통 안전성을 확보할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 분산형 전원의 단독 운전 검출 시스템을 나타낸 블록도이며,
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 분산형 전원의 단독 운전 검출 시스템에서 분산형 전원 1개를 기준으로 설명한 도면이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 분산형 전원의 단독 운전 검출 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 분산형 전원의 단독 운전 검출 시스템은 분산형 전원(170)측 인버터(150)의 단독 운전 방지 장치(미도시)가 동작하지 않을 경우를 대비한 이중 방지 체계를 구축하는 것으로, 상용 전력 계통에 연계되어 운전 중이던 분산형 전원이 상용 전력 계통 측의 정전 또는 휴전에 의해 일부 부하와 함께 단독으로 운전되는 것을 검출하기 위하여, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상용 전력 계통에 연결된 주 차단기(310)와 제2개폐기(300), 분산형 전원(170)의 인버터(150)에 연결된 제1개폐기(100), 부하 측에 연결된 제3개폐기(500)를 포함하여 구성된다.
정전 또는 휴전 상태는 고장과 작업 상태로 구분되는데, 고장은 사고에 의해 보호계전기가 동작하면서 주 차단기(310)에 락 아웃(Lock out) 신호를 보내 주 차단기(310)가 개방된 상태 또는 작업으로 인한 제2개폐기(300)가 개방된 상태이다.
이러한 정전 또는 휴전 조건에서 분산형 전원(170)에 연결된 인버터(150)가 동작 중이라면 단독 운전 중이라고 판단 가능하다.
이때, 관리 서버는 책임 분계점에 있는 기기, 즉 제1개폐기(100)를 개방하라는 명령을 내려, 제1개폐기(100)가 개방 상태로 되고, 이에 따라 단독 운전 중이던 분산형 전원(170)을 트립(trip) 시킴으로써 분산형 전원(170)의 단독 운전이 방지된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 분산형 전원의 단독 운전 검출 시스템은 상용 전력 계통 배전 선로(Distribution Line)의 정전 또는 휴전 상태와 분산형 전원(170)의 인버터(150) 상태를 모두 가져와 단독 운전 중인지를 검출해 내는 것이다.
먼저, 수 많은 배전 선로와 분산형 전원(170)에서 1개의 분산형 전원(170) 단위로 단독 운전 중인지를 검출한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 1개의 분산형 전원(170) 기준으로, 분산형 전원(170)에 연결된 인버터(150), 인버터(150)에 연결된 책임 분계점인 제1개폐기(100), 상용 전력 계통의 제2개폐기(300), 부하 측의 제3개폐기(500)의 정보를 취득한다.
이어서, 1개의 배전 선로가 가지는 모든 분산 전원에 대해 해석을 진행한다.
1개의 제1개폐기(100)에 여러 개의 분산형 전원(170) 및 인버터(150)가 연결되어 있으므로, 도 3에 나타낸 바와 같이, 관리 서버에서는 단독 운전 발생 시 별도의 모니터 화면에 표시되는 제1개폐기(100)에 해당하는 버튼을 클릭함으로써 각각의 인버터(170) 상태를 팝업으로 볼 수 있다.
1개의 배전 선로가 가지는 모든 분산 전원에 대해 해석을 수행하는 주기는 미리 설정된 설정 주기에 따라 해석을 수행하는 Polling 방식과, 상용 전력 계통의 상태가 변화(이벤트 발생)시 해석을 수행하는 Event Driven 방식을 동시에 채택하여 진행된다.
여기서, 이벤트라 함은 배전 선로의 전압 값이 설정치 이상으로 변화할 경우 또는 리클로저(Recloser)의 상태가 변화할 경우이다
먼저, 1개의 분산형 전원(170)을 기준으로 모델링하여 여러 개의 분산형 전원(170)을 수용한 1개의 배전 선로에서 정보를 파악하고(S110), 파악된 정보에서 상시 개방점의 변화가 있었다면 새로운 배전 선로로 재해석 한다(S120).
파악해야 할 정보는 각 배전 선로 별로 상시 개방점 정보 및 전압 값을 취득해야 하고, 각 분산형 전원(170)별로 선로의 정전 또는 휴전 여부를 판단하기 위해 주 차단기(310)의 락 아웃 릴레이(Lock out Relay)의 동작 상태 정보, 제1개폐기(100), 제2개폐기(300) 및 제3개폐기(500)의 상태 정보가 필요하며, 단말 장치 및 연계 장치 성능 개선 부분을 통해 인버터 운영 정보 및 발전량 정보 등을 파악한다.
이어서, 상시 개방점의 변화가 그대로라면 선택된 배전 선로를 기준으로(S130), 정전 또는 휴전 여부를 판단하여 다음 조건 판단에 전달한다(S140).
상기 S130 단계 및 S140 단계는 선택된 배전 선로를 기준으로 모든 분산형 전원(170)의 상태를 파악할 때까지 반복 실행한다.
배전 선로 부분은 관리 서버에서 운영자가 선택할 수 있거나, Polling 방식에 의해 모든 배전 선로가 설정 주기에 따라 선택되어질 수 있다.
이어서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 선택된 배전 선로에 연결된 모든 분산형 전원(170)의 각각 상태를 1개의 모델링 관점에서 재해석한다.
배전 선로가 Normal 인지 Fault 인지를, 주 차단기(310)의 Lock out 상태와 제2개폐기(300) 상태 및 배전 선로의 전압 값을 통해 판단한다.
제2개폐기(300)만 열림 상태로 되어 있을 때만 단독 운전 상황 가능성이 있다.
이때, 주 차단기(310)의 Lock out도 리셋(Reset) 상태라면 작업(Normal) 상태로 판단하고, Lock out이 동작(Set)했을 경우는 고장(Fault)으로 판단한다.
아울러 배전 선로의 전압이 설정치 이상 또는 이하의 경우에도 고장으로 판단하며, 인버터(150)의 ON 상태가 AND 조건으로 들어가게 되면, 단독 운전 검출 Alarm을 발생시켜 관리 서버로 전달하고, 관리 서버에서는 제1개폐기(100)를 개방하라는 명령을 내보내어, 제1개폐기(100)가 개방되도록 한다.
한편, 선택된 배전 선로의 전압 값이 정상이고, 모든 개폐기가 닫혀있는 정상 상황이라면 다른 분산형 전원(170) 검사로 진행하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 분산형 전원의 단독 운전 검출 시스템에 따르면, 단독 운전 방지 장치가 동작하지 않아 한전 계통에 역 가압을 하는 경우를 대비해, 한전 계통의 사활선 상태와 인버터 동작 상태를 활용해 단독 운전을 예상하고 검출해낼 수 있도록 하여, 분산형 전원 동작 상태의 직관적 감시 등 계통 운전 정보를 확대 제공할 수 있고, 분산형 전원 단독 운전 여부의 판단 및 후속 조치로 인해 배전 계통 안전성을 확보할 수 있도록 하는 효과가 있다.
결과적으로 Event Driven 방식으로 변하는 요소를 인지하여 단독 운전 중인지를 검출해 내고, 책임분계점의 차단기를 Open 하라는 명령을 내리는 것이 최종 목적이다.
이에 더해, 주기적으로 관리 서버가 Polling을 하여 Event Driven으로 판단되지 않은 미비한 상황들이 있는지 검사를 하여, 여기서도 최종적으로 단독 운전을 하고 있는 인버터가 있는지 검출해 낼 수 있다.
결국 동작하지 말아야 할 상황에 동작 중이라면 책임분계점의 스위치를 강제 차단함으로써 스스로 보호 기능을 하지 못하는 설비에 대해 상설 전력 계통에 있는 시스템이 포괄적으로 우선 검사를 진행함으로써 미연에 생길 수 있는 사고를 방지할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 단계 S110 내지 단계 S150에 따른 분산형 전원의 단독 운전 검출 방법을 프로그램화하여 컴퓨터가 읽을 수 있도록 시디롬, 메모리, ROM, EEPROM 등의 기록매체에 저장시킬 수도 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
100: 제1개폐기 150: 인버터
170: 분산형 전원 300: 제2개폐기
310: 주 차단기 500: 제3개폐기

Claims (9)

  1. 분산형 전원측 인버터의 단독 운전 방지 장치가 동작하지 않을 경우를 대비한 이중 방지 체계를 구축하여 상용 전력 계통에 연계되어 운전 중이던 분산형 전원이 상용 전력 계통 측의 정전 또는 휴전 상태와 분산형 전원의 인버터 상태를 모두 가져와 단독으로 운전되는 것을 검출하기 위한 것으로,
    관리 서버에서 상용 전력 계통의 사활선 상태와 분산형 전원에 연결된 인버터의 동작 상태를 활용해 단독 운전을 검출하고; 단독 운전이 검출되면 관리 서버에서 상용 전원 계통과 분산형 전원 사이의 책임 분계점에 있는 기기인 제1개폐기가 개방하라는 명령을 내려, 제1개폐기가 개방 상태로 되고, 이에 따라 단독 운전 중이던 분산형 전원을 트립 시킴으로써 분산형 전원의 단독 운전을 방지하고; 관리 서버에서는 상용 전원 계통의 주 차단기가 개방된 상태이거나 또는 상용 전원 계통의 주 개폐기가 개방된 상태일 때 분산형 전원에 연결된 인버터가 닫힘 상태로 동작 중이면 분산형 전원의 단독 운전이라고 판단하며;
    복수의 배전 선로와 분산형 전원에서 1개의 분산형 전원 단위로 단독 운전 중인지를 검출하기 위하여, 분산형 전원에 연결된 인버터, 인버터에 연결된 책임 분계점인 제1개폐기, 상용 전력 계통의 제2개폐기, 부하 측의 제3개폐기의 정보를 취득하고, 1개의 분산형 전원을 기준으로 모델링하여 복수의 분산형 전원을 수용한 1개의 배전 선로에서 정보를 파악하고, 파악된 정보에서 상시 개방점의 변화가 있었다면 새로운 배전 선로로 재해석 하고, 상시 개방점의 변화가 그대로라면 선택된 배전 선로를 기준으로, 정전 또는 휴전 여부를 판단하여 다음 조건 판단에 전달하고, 선택된 배전 선로에 연결된 모든 분산형 전원의 각각 상태를 1개의 모델링 관점에서 재해석하고, 배전 선로가 Normal 인지 Fault 인지를, 주 차단기의 Lock out 상태와 제2개폐기 상태 및 배전 선로의 전압 값을 통해 판단하고, 제2개폐기만 열림 상태로 되어 있을 때만 단독 운전 상황 가능성이 있는 것으로 주 차단기의 Lock out도 리셋 상태라면 작업 상태로 판단하고, Lock out이 동작했을 경우는 고장으로 판단하고, 배전 선로의 전압이 설정치 이상 또는 이하의 경우에도 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한 분산형 전원의 단독 운전 검출 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 정전 또는 휴전 상태는 사고에 의해 보호 계전기가 동작하면서 상용 전원 계통의 주 차단기가 개방된 상태 또는 작업으로 인한 상용 전원 계통의 주 개폐기가 개방된 상태인 것을 특징으로 한 분산형 전원의 단독 운전 검출 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 분산형 전원측 인버터의 단독 운전 방지 장치가 동작하지 않을 경우를 대비한 이중 방지 체계를 구축하여 상용 전력 계통에 연계되어 운전 중이던 분산형 전원이 상용 전력 계통 측의 정전 또는 휴전 상태와 분산형 전원의 인버터 상태를 모두 가져와 단독으로 운전되는 것을 검출하기 위한 방법인 것으로;
    (a) 관리 서버에서 상용 전력 계통의 사활선 상태와 분산형 전원에 연결된 인버터의 동작 상태를 활용해 단독 운전을 검출하는 제1단계; (b) 상기 제1단계를 통하여 단독 운전이 검출되면 관리 서버에서 상용 전원 계통과 분산형 전원 사이의 책임 분계점에 있는 기기인 제1개폐기가 개방하라는 명령을 내려, 제1개폐기가 개방 상태로 되고, 이에 따라 단독 운전 중이던 분산형 전원을 트립 시킴으로써 분산형 전원의 단독 운전을 방지하는 제2단계를 포함하며;
    상기 제2단계에서는 관리 서버에서 상용 전원 계통의 주 차단기가 개방된 상태이거나 또는 상용 전원 계통의 주 개폐기가 개방된 상태일 때 분산형 전원에 연결된 인버터가 닫힘 상태로 동작 중이면 분산형 전원의 단독 운전이라고 판단하는 단계를 포함하고; 복수의 배전 선로와 분산형 전원에서 1개의 분산형 전원 단위로 단독 운전 중인지를 검출하기 위하여, 분산형 전원에 연결된 인버터, 인버터에 연결된 책임 분계점인 제1개폐기, 상용 전력 계통의 제2개폐기, 부하 측의 제3개폐기의 정보를 취득하는 단계; 1개의 분산형 전원을 기준으로 모델링하여 복수의 분산형 전원을 수용한 1개의 배전 선로에서 정보를 파악하고, 파악된 정보에서 상시 개방점의 변화가 있었다면 새로운 배전 선로로 재해석 하고, 상시 개방점의 변화가 그대로라면 선택된 배전 선로를 기준으로 정전 또는 휴전 여부를 판단하여 다음 조건 판단에 전달하고, 선택된 배전 선로에 연결된 모든 분산형 전원의 각각 상태를 1개의 모델링 관점에서 재해석하고, 배전 선로가 Normal 인지 Fault 인지를 주 차단기의 Lock out 상태와 제2개폐기 상태 및 배전 선로의 전압 값을 통해 판단하고, 제2개폐기만 열림 상태로 되어 있을 때만 단독 운전 상황 가능성이 있는 것으로 주 차단기의 Lock out도 리셋 상태라면 작업 상태로 판단하고, Lock out이 동작했을 경우는 고장으로 판단하고, 배전 선로의 전압이 설정치 이상 또는 이하의 경우에도 고장으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 전원의 단독 운전 검출 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제1단계에서는 상용 전원 계통의 주 차단기가 개방된 상태인지 또는 상용 전원 계통의 주 개폐기가 개방된 상태인지 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 전원의 단독 운전 검출 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 5항 또는 청구항 6항의 분산형 전원의 단독 운전 검출 방법을 실행하는 프로그램이 기록되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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