KR102053547B1 - 고장 구간 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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윤기갑
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최영도
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Abstract

해상풍력 발전단지의 내부 전력망의 구성에 따라 복수의 변류기로부터 전류 크기 및 전류 방향 중 하나를 포함하는 전류 데이터를 수집하고, 전류 데이터를 근거로 고장 발생 여부 및 고장 구간을 검출하도록 한 고장 구간 검출 장치 및 방법을 제시한다. 제시된 고장 구간 검출 장치는 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에 설치된 복수의 변류기로부터 전류 데이터를 수집하는 전류 수집부, 전류 데이터에 포함된 전류 크기 및 전류 방향 중 적어도 하나를 근거로 내부 전력망의 고장 발생 여부를 판단하는 고장 판단부 및 고장 판단부에서 고장 발생으로 판단하면 전류 데이터에 포함된 전류 크기 또는 전류 방향을 근거로 고장 구간을 검출하는 고장 구간 검출부를 포함한다.

Description

고장 구간 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING FAULT SECTION}
본 발명은 고장 구간 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다구간으로 이루어진 해상풍력 발전단지의 내부 전력망(즉, 해저케이블)에서 고장 발생시 고장 구간을 검출하는 고장 구간 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
해상풍력 발전단지 내부 전력망은 여러 개의 선로로 구성되어 있는 다구간으로 구성되어 있고 풍력발전기를 연결하는 해저케이블에 고장이 발생하는 경우 육상풍력과는 달리 현장에서 빠르게 고장을 확인하기가 어려워 원격에서 정확한 고장구간을 파악하는 기술이 필수적이다.
일반적으로 운영중인 전력 계통에서 고장 구간(또는, 고장 위치)을 판별하기 위해서는 빠르고 정확한 위치판별이 가능한 보호 계전기를 주로 사용하고 있다. 하지만, 해상풍력 발전단지의 내부 전력망은 각 풍력 발전기를 연계하는 해저 케이블이 단거리(주로 1km이내)이며, 수십 개에서 수백 개의 다구간으로 이루어져 있기 때문에 보호 계전기를 적용하게 되면 많은 설치비용 및 유지보수에 어려움이 발생하게 된다.
또한, 종래에는 해저케이블 고장점 탐지를 위해 휘스톤 브리지 원리를 이용한 머레이 루프(Murray loop) 방법과 진행파의 원리를 이용한 TDR(Time domain refletrometer), ARM(Arc reflection method)를 이용하는 방법, Pin pointing 법 등 다양한 방법들을 사용하고 있다.
머레이 루프법은 최소 1상의 건전상이 존재하여야 하며 해상에서 내부 전력망이 다구간으로 이루어져 있는 해상풍력 연계 해저 케이블에서는 적용하기 어려운 문제점이 있다.
또한, TDR 방법은 설비가 매우 복잡하고 측정 파형 해석에 고도의 전문성 및 경험이 요구된다. 또한, TDR 방법은 적용 여건상 해상 변전소에서 전체 해상 풍력 연계 케이블의 루트를 탐지해야 하는데 해상 풍력 발전기 자체가 변이점이 되기 때문에 고장 지점을 예측하는 것은 매우 어려울 뿐 아니라, 오프라인 방식으로 적용되기 때문에 고저항 고장의 경우 고장점에서 되돌아오는 반사파를 계측하기가 어려운 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2015-0036895호(명칭: 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법)
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 해상풍력 발전단지의 내부 전력망의 구성에 따라 복수의 변류기로부터 전류 크기 및 전류 방향 중 하나를 포함하는 전류 데이터를 수집하고, 전류 데이터를 근거로 고장 발생 여부 및 고장 구간을 검출하도록 한 고장 구간 검출 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 고장 구간 검출 장치는 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에 설치된 복수의 변류기로부터 전류 데이터를 수집하는 전류 수집부, 전류 데이터에 포함된 전류 크기 및 전류 방향 중 적어도 하나를 근거로 내부 전력망의 고장 발생 여부를 판단하는 고장 판단부 및 고장 판단부에서 고장 발생으로 판단하면 전류 데이터에 포함된 전류 크기 또는 전류 방향을 근거로 고장 구간을 검출하는 고장 구간 검출부를 포함한다.
전류 수집부는 내부 전력망에 포함된 해상 풍력 발전기에 연결된 차단기의 좌측 방향 해상 케이블에 설치된 제1 변류기, 차단기의 우측 방향 해상 케이블에 설치된 제2 변류기로부터 전류 크기 및 전류 방향 중 적어도 하나를 포함하는 전류 데이터를 수집할 수 있다.
전류 수집부는 내부 전력망에 포함된 해상 풍력 발전기에 연결된 변압기의 하단에 배치된 제3 변류기로부터 전류 크기를 포함하는 전류 데이터를 수집할 수 있다.
이때, 전류 수집부는 해상 변전소와 해상 풍력 발전기를 연결하는 해상 케이블에 배치된 브렌치 변류기로부터 전류 크기 및 전류 방향 중 적어도 하나를 포함하는 전류 데이터를 더 수집할 수 있다.
고장 판단부는 복수의 변류기로부터 수집한 전류 데이터 중에서 불일치하는 전류 크기를 갖는 전류 데이터가 존재하면 내부 전력망의 고장 발생으로 판단하고, 고장 구간 검출부는 복수의 변류기로부터 수집된 전류 데이터에 포함된 전류 크기를 정규화하고, 정규화된 전류 크기가 불일치하는 구간을 고장 구간으로 검출할 수 있다.
고장 판단부는 복수의 변류기로부터 수집한 전류 데이터 중에서 불일치하는 전류 방향을 갖는 전류 데이터가 존재하면 내부 전력망의 고장 발생으로 판단하고, 고장 구간 검출부는 복수의 변류기로부터 수집된 전류 데이터에 포함된 전류 방향을 정규화하고, 정규화된 전류 방향이 불일치하는 구간을 고장 구간으로 검출할 수 있다.
고장 판단부는 복수의 변류기로부터 수집한 전류 데이터가 모두 일치하면 내부 전력망을 정상으로 판단하고, 전류 데이터를 상시 부하 전류 데이터로 출력하고, 고장 구간 검출부는 정규화된 전류 데이터가 모두 일치하면 전류 데이터를 상시 부하 전류 데이터로 출력할 수 있다.
고장 판단부는 내부 전력망이 Branch 방식, Radial 방식 및 Radial-Branch 혼합 방식 중 하나이면 전류 데이터의 전류 크기를 근거로 고장 발생 여부를 판단하고, 내부 전력망이 Loop 방식 및 Radial-Loop 혼합 방식 중 하나이면 전류 데이터의 전류 방향을 근거로 고장 발생 여부를 판단할 수 있다.
고장 구간 검출부는 내부 전력망이 Branch 방식, Radial 방식 및 Radial-Branch 혼합 방식 중 하나이면 전류 데이터의 전류 크기를 근거로 고장 구간을 검출하고, 내부 전력망이 Loop 방식 및 Radial-Loop 혼합 방식 중 하나이면 전류 데이터의 전류 방향을 근거로 고장 구간을 검출할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 고장 구간 검출 방법은 고장 구간 검출 장치를 이용한 고장 구간 검출 방법으로, 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에 설치된 복수의 변류기로부터 전류 크기를 포함하는 전류 데이터를 수집하는 단계, 수집하는 단계에서 수집한 전류 데이터 중에서 불일치하는 전류 크기를 갖는 전류 데이터가 존재하면 내부 전력망의 고장 발생으로 판단하는 단계, 고장 발생으로 판단하면 수집하는 단계에서 수집한 전류 데이터의 전류 크기를 정규화하는 단계 및 정규화하는 단계에서 정규화된 전류 크기가 불일치하는 구간을 고장 구간으로 검출하는 단계를 포함한다.
수집하는 단계는 내부 전력망에 포함된 해상 풍력 발전기에 연결된 차단기의 좌측 방향 해상 케이블에 설치된 제1 변류기로부터 전류 크기를 포함하는 전류 데이터를 수집하는 단계 및 차단기의 우측 방향 해상 케이블에 설치된 제2 변류기로부터 전류 크기를 포함하는 전류 데이터를 수집하는 단계를 포함할 수 있다. 수집하는 단계는 내부 전력망에 포함된 해상 풍력 발전기에 연결된 변압기의 하단에 배치된 제3 변류기로부터 전류 크기를 포함하는 전류 데이터를 수집하는 단계를 포함할 수도 있다. 이때, 수집하는 단계에서는 해상 변전소와 해상 풍력 발전기를 연결하는 해상 케이블에 배치된 브렌치 변류기로부터 전류 크기를 포함하는 전류 데이터를 더 수집할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 고장 구간 검출 방법은 수집하는 단계에서 수집한 전류 데이터의 전류 크기가 모두 일치하거나, 정규화하는 단계에서 정규화된 전류 크기가 모두 일치하면 전류 데이터를 상시 부하 전류 데이터로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고장 구간 검출 방법은 고장 구간 검출 장치를 이용한 고장 구간 검출 방법으로, 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에 설치된 복수의 변류기로부터 전류 방향을 포함하는 전류 데이터를 수집하는 단계, 수집하는 단계에서 수집한 전류 데이터 중에서 불일치하는 전류 방향을 갖는 전류 데이터가 존재하면 내부 전력망의 고장 발생으로 판단하는 단계, 고장 발생으로 판단하면 수집하는 단계에서 수집한 전류 데이터의 전류 방향을 정규화하는 단계 및 정규화하는 단계에서 정규화된 전류 방향이 불일치하는 구간을 고장 구간으로 검출하는 단계를 포함한다.
수집하는 단계는 내부 전력망에 포함된 해상 풍력 발전기에 연결된 차단기의 좌측 방향 해상 케이블에 설치된 제1 변류기로부터 전류 방향을 포함하는 전류 데이터를 수집하는 단계 및 차단기의 우측 방향 해상 케이블에 설치된 제2 변류기로부터 전류 방향을 포함하는 전류 데이터를 수집하는 단계를 포함할 수 있다. 수집하는 단계는 해상 변전소와 해상 풍력 발전기를 연결하는 해상 케이블에 배치된 브렌치 변류기로부터 전류 방향을 포함하는 전류 데이터를 수집하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 고장 구간 검출 방법은 수집하는 단계에서 수집한 전류 데이터의 전류 방향이 모두 일치하거나, 정규화하는 단계에서 정규화된 전류 방향이 모두 일치하면 전류 데이터를 상시 부하 전류 데이터로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 고장 구간 검출 장치 및 방법은 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에 설치된 변류기들에서 측정한 전류 데이터를 근거로 고장 구간을 검출함으로써, 원격지에서 해상풍력 발전단지의 고장 구간을 신속하게 검출할 수 있어 경제성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
고장 구간 검출 장치 및 방법은 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에 설치된 변류기들에서 측정한 전류 데이터를 근거로 고장 구간을 검출함으로써, 보호계전기를 이용하는 종래에 비해 설치 비용 및 유지 보수 비용을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고장 구간 검출 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2 및 도 3은 도 1의 변류기를 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 1의 고장 구간 검출 장치를 설명하기 위한 도면.
도 5 내지 도 8은 도 4의 고장 구간 검출부를 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 고장 구간 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고장 구간 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 고장 구간 검출 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고장 구간 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2 및 도 3은 도 1의 변류기를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 도 1의 고장 구간 검출 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 5 내지 도 8은 도 41의 고장 구간 검출부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 해상풍력 발전단지의 내부 전력망은 복수의 해상 풍력 발전기(10), 해상 케이블(20), 해상 변전소(30) 및 지상 변전소(40)를 포함하여 구성된다. 이때, 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에는 전류 크기 및 전류 방향 중 하나 이상을 포함하는 전류 데이터를 수집하는 브렌치 변류기(CT-n) 및 변류기(CTn-mL, CTn-mR 등) 등이 설치된다.
고장 구간 검출 장치(100)는 육상 변전소에 설치된다. 고장 구간 검출 장치(100)는 육상 변전소의 주제어반 내에 모듈 형태로 구성되거나, 독립된 장치를 구성될 수 있다. 고장 구간 검출 장치(100)는 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에서 고장이 발생한 구간인 고장 구간을 검출한다.
도 2를 참조하면, 해상 풍력 발전기(10, WT)에는 인버터(50), 변압기(60), 차단기(70) 등의 모듈이 연결된다. 이때, 해상 풍력 발전기(10)에 연결된 모듈들 사이에는 전류 측정을 위한 제1 변류기(CTn-mL), 제2 변류기(CTn-mR) 및 제3 변류기(TR-CT)가 설치된다. 제1 변류기(CTn-mL)는 차단기(70) 하단의 좌측 케이블에 설치된다. 제2 변류기(CTn-mR)는 차단기(70) 하단의 우측 케이블에 설치된다. 제3 변류기(TR-CT)는 해상 풍력 발전기(10)의 변압기(60) 하단에 설치된다. 고장 구간 검출 장치(100)는 제1 변류기(CTn-mL) 내지 제3 변류기(TR-CT)에서 측정된 전류 데이터를 수집한다. 여기서, 전류 데이터는 전류 크기 및 전류 방향을 포함한다.
도 3을 참조하면, 변류기는 해상 변전소(30)와 해상 풍력 발전기(10)를 연결하는 해상 케이블에 배치된 브렌치 변류기(CT-n)를 더 포함할 수 있다. 즉, Branch 계통인 경우 분기되는 지점에 추가적으로 LBS(80) 및 브렌치 변류기(CT-n)가 설치될 수도 있다. 이때, 고장 구간 검출 장치(100)는 브렌치 변류기(CT-n), 제1 변류기(CTn-mL) 내지 제3 변류기(TR-CT)에서 측정된 전류 데이터를 수집한다.
여기서, 변류기들은 측정한 전류 데이터를 고유 정보와 함께 광케이블 등의 통신망을 통해 육상 변전소에 설치된 고장 구간 검출 장치(100)로 전송한다. 변류기는 GPS를 이용한 위치 정보를 전류 데이터와 함께 전송할 수도 있다.
고장 구간 검출 장치(100)는 동일 시점에 측정된 전류 데이터들을 분석하여 내부 전력망의 고장 발생 여부를 판단한다. 이때, 고장 구간 검출 장치(100)는 동일 시점에 측정된 전류 데이터의 전류 크기 및 전류 방향이 모두 일치하면 정상으로 판단하여 측정된 전류 데이터를 상시 부하 전류 데이터로 출력한다.
고장 구간 검출 장치(100)는 고장 발생으로 판단하면 전류 데이터의 전류 크기 또는 전류 방향을 근거로 고장 구간(고장 위치)을 검출한다. 이때, 고장 구간 검출 장치(100)는 계통 연계 방식에 따라 다른 방식으로 고장 구간을 검출한다.
일례로, Radial-Branch 혼합방식, Branch 방식, Radial 방식 중 하나의 계통 연계 방식인 경우 사고 지점을 기준으로 양방향의 전류 크기가 다르므로, 고장 구간 검출 장치(100)는 전류 크기를 이용해서 고장 구간을 검출한다. 이때, 고장 구간 검출 장치(100)는 제1 변류기(CTn-mL) 및 제2 변류기(CTn-mR)에서 측정된 전류 데이터에 포함된 전류 크기를 근거로 고장 구간을 검출한다. 고장 구간 검출 장치(100)는 제3 변류기(TR-CT)에서 측정된 전류 데이터에 포함된 전류 크기만을 근거로 고장 구간을 검출할 수도 있다.
다른 일례로, Radial-Loop 방식, Loop 방식 중 하나의 계통 연계 방식인 경우 사고 지점을 기준으로 양방향의 전류 크기는 거의 비슷하기 때문에, 고장 구간 검출 장치(100)는 전류 크기가 아닌 전류 방향을 이용해서 고장 구간을 검출한다.
한편, 고장 구간 검출 장치(100)는 하나 이상의 전류 데이터가 다른 전류 데이터들과 전류 크기 또는 전류 방향이 불일치하면 고장 발생으로 판단한다.
도 4를 참조하면, 고장 구간 검출 장치(100)는 전류 수집부(120), 고장 판단부(140) 및 고장 구간 검출부(160)를 포함하여 구성된다.
전류 수집부(120)는 해상풍력 발전단지의 내부 전력망의 전류 데이터를 수집한다. 전류 수집부(120)는 내부 전력망에 설치된 모든 변류기들에서 측정한 전류 데이터들을 수집한다. 이때, 전류 수집부(120)는 수집한 전류 데이터를 각 변류기에 부여된 고유 정보, 위치 정보 중 적어도 하나와 연계하여 수집한다.
전류 수집부(120)는 각 해상 풍력 발전기(10)의 차단기(70) 하단의 좌측 케이블에 설치된 제1 변류기(CTn-mL)들, 각 해상 풍력 발전기(10)의 차단기(70) 하단의 우측 케이블에 설치된 제2 변류기(CTn-mR)들, 각 해상 풍력 발전기(10)의 변압기(60) 하단에 설치된 제1 변류기(CTn-mL)들로부터 전류 데이터를 수집한다. 전류 수집부(120)는 Branch 계통인 경우 내부 전력망에 포함된 선로의 시작점에 설치된 브렌치 변류기들(CT-n)에서 측정된 전류 데이터를 더 수집할 수 있다. 이때, 전류 수집부(120)는 동일 시점에 측정된 전류 데이터를 수집한다.
고장 판단부(140)는 전류 수집부(120)에서 수집한 전류 데이터들을 근거로 내부 전력망의 고장 발생 여부를 판단한다. 고장 판단부(140)는 동일 시점에 측정된 전류 데이터들을 분석하여 내부 전력망의 고장 발생 여부를 판단한다.
고장 판단부(140)는 전류 크기 또는 전류 방향이 다른 전류 데이터가 존재하면 내부 전력망의 고장 발생으로 판단한다. 고장 판단부(140)는 동일 시점에 측정된 전류 데이터들의 전류 크기 및 전류 방향이 모두 일치하면 정상으로 판단한다. 고장 판단부(140)는 내부 전력망이 정상인 것으로 판단되면 전류 데이터를 상시 부하 전류 데이터로 출력한다.
고장 판단부(140)는 계통 연계 방식에 따라 전류 크기 또는 전류 방향 중 하나를 이용하여 고장 발생 여부를 판단할 수도 있다.
고장 판단부(140)는 내부 전력망이 Radial-Branch 혼합 방식, Branch 방식, Radial 방식 중 하나의 계통 연계 방식인 경우 전류 데이터의 전류 크기를 이용하여 고장 발생 여부를 판단한다. 즉, 고장 판단부(140)는 모든 전류 데이터의 전류 크기가 일치하면 정상으로 판단하여 전류 데이터를 상시 부하 전류 데이터로 출력한다. 고장 판단부(140)는 전류 크기가 다른 전류 데이터가 존재하면 내부 전력망의 고장 발생으로 판단한다.
고장 판단부(140)는 내부 전력망이 Radial-Loop 방식, Loop 방식 중 하나의 계통 연계 방식인 경우 전류 데이터의 전류 방향을 이용하여 고장 발생 여부를 판단한다. 즉, 고장 판단부(140)는 모든 전류 데이터의 전류 방향이 일치하면 정상으로 판단하여 전류 데이터를 상시 부하 전류 데이터로 출력한다. 고장 판단부(140)는 전류 방향이 다른 전류 데이터가 존재하면 내부 전력망의 고장 발생으로 판단한다.
고장 구간 검출부(160)는 고장 판단부(140)에서 내부 전력망의 고장 발생으로 판단하면 전류 데이터를 이용하여 고장 구간을 검출한다. 고장 구간 검출부(160)는 전류 데이터의 전류 크기 및 전류 방향 중 하나를 정규화한다. 고장 구간 검출부(160)는 정규화된 전류 크기 또는 전류 방향이 다른 구간을 고장 구간으로 검출한다.
내부 전력망이 Branch 방식, Radial 방식 및 Radial-Branch 혼합 방식 중 하나인 경우 사고 지점을 기준으로 양방향의 전류의 크기가 다르므로, 고장 구간 검출부(160)는 전류 크기를 이용해서 고장 구간을 검출한다. 고장 구간 검출부(160)는 모든 전류 데이터에 포함된 전류 크기를 정규화한다. 고장 구간 검출부(160)는 정규화된 전류 크기를 비교하여 전류 크기가 불일치하는 구간을 실제 고장 구간으로 검출한다.
일례로, 해상 풍력 연계 케이블의 Branch 방식 계통도인 도 5를 참조하면, 계통도 지점에 따라 총 5개의 지점(F1~F5)에서 사고가 발생했을 경우 도 6에 도시된 바와 같은 고장 구간 검출 알고리즘이 발생한다.
F1 지점에서 고장이 발생했을 경우 초기 인버터(50) 무접점 S/W 동작시간 약 1ms 동안 CT 122, 71, 72, 73, 74 전류 방향은 모두 F1으로 향하고, 무접점 S/W 개방 후부터 S/S의 계전기(OCR, OGRE)동작 수십 ms동안 발생하게 된다. 이때 변류기에서 측정되는 전류의 크기는 CT72≒CT71, CT71≫CT122, CT82≒CT74, CT72≫CT73이 되므로 F1 지점에서 고장이 발생했다는 것을 판단할 수 있다.
F2 지점에서 고장이 발생했을 경우 초기 인버터(50) 무접점 S/W 동작시간 약 1ms 동안 CT 71, 74, 73, 72, 21, 23, 22 전류 방향은 모두 F2으로 향하고, 무접점 S/W 개방 후부터 S/S의 계전기(OCR, OCGR)동작 수십 ms동안 발생하게 된다. 이때 변류기에서 측정되는 전류의 크기는 CT22≒CT21, CT21≫CT72, CT22≫CT23이 되므로 F2 지점에서 고장이 발생했다는 것을 판단할 수 있다.
F3 지점에서 고장이 발생했을 경우 초기 인버터(50) 무접점 S/W 동작시간 약 1ms 동안 CT 72, 73, 71, 72, 74 전류 방향은 모두 F3으로 향하고, 무접점 S/W 개방 후부터 S/S의 계전기(OCR, OCGR)동작 수십 ms동안 발생하게 된다. 이때 변류기에서 측정되는 전류의 크기는 CT72≒CT21, CT72≫CT71, CT72≫CT74, CT72≫CT73이 되므로 F3 지점에서 고장이 발생했다는 것을 판단할 수 있다.
F4 지점에서 고장이 발생했을 경우 초기 인버터(50) 무접점 S/W 동작시간 약 1ms 동안 CT 73, 74, 71, 72 전류 방향은 모두 F4으로 향하고, 무접점 S/W 개방 후부터 S/S의 계전기(OCR, OCGR)동작 수십 ms동안 발생하게 된다. 이때 변류기에서 측정되는 전류의 크기는 CT72≒CT73, CT72≫CT71, CT72≫CT74, CT72≒CT21이 되므로 F4 지점에서 고장이 발생했다는 것을 판단할 수 있다.
F5 지점에서 고장이 발생했을 경우 초기 인버터(50) 무접점 S/W 동작시간 약 1ms 동안 CT 73, 74, 71, 72 전류 방향은 모두 F4으로 향하고, 무접점 S/W 개방 후부터 S/S의 계전기(OCR, OCGR)동작 수십 ms동안 발생하게 된다. 이때 변류기에서 측정되는 전류의 크기는 CT72≒CT74, CT74≫CT82, CT72≫CT71, CT72≫CT73이 되므로 F4 지점에서 고장이 발생했다는 것을 판단할 수 있다.
내부 전력망이 Radial-Loop 혼합 방식, Loop 방식 중 하나인 경우 사고 지점을 기준으로 양방향의 전류의 크기는 거의 비슷하기 때문에, 고장 구간 검출부(160)는 전류의 크기가 아닌 전류 방향을 이용해서 고장지점을 파악하게 된다. 고장 구간 검출부(160)는 모든 전류 데이터의 전류 방향을 정극성과 부극성으로 정규화한다. 고장 구간 검출부(160)는 정규화된 전류 방향을 비교하여 전류 방향이 불일치하는 구간을 실제 고장구간으로 검출한다.
일례로, 도 6을 참조하면, CT1-2R과 CT1-1L 사이에서 고장이 발생한 경우 고장 구간 검출부(160)는 전류 방향을 정극성과 부극성으로 정규화한다. 이때, 도 7을 참조하면, CT1-2R, CT1-2L, CT1-3R 및 CT1-3L에서의 극성은 모두 -(+)로 같은 반면, CT1-1L, CT1-1R, CT-1 모두 +(-)로 모두 다른 극성을 보이므로, 고장 구간 검출부(160)는 CT1-2R과 CT1-1L 사이의 구간을 고장 구간으로 검출한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 고장 구간 검출 방법을 설명한다. 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 고장 구간 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이고,
도 9는 Branch 방식, Radial 방식 및 Radial-Branch 혼합 방식 중 하나로 구성된 내부 전력망에서 고장 구간을 검출하기 위한 고장 구간 검출 방법을 도시한다. Branch 방식, Radial 방식 및 Radial-Branch 혼합 방식은 사고 지점을 기준으로 양방향의 전류 크기가 다르므로, 고장 구간 검출 방법에서는 각 변류기에서 측정된 전류 크기를 이용해서 고장 구간을 검출한다.
도 9를 참조하면, 전류 수집부(120) 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에 설치된 변류기들로부터 전류 데이터를 수집한다(S110). 이때, 전류 수집부(120)는 모든 변류기들로부터 동일 시점에 측정된 전류 크기를 포함하는 전류 데이터를 수집한다.
전류 수집부(120)는 각 해상 풍력 발전기(10)의 차단기(70) 하단의 좌측 케이블에 설치된 제1 변류기(CTn-mL)들, 각 해상 풍력 발전기(10)의 차단기(70) 하단의 우측 케이블에 설치된 제2 변류기(CTn-mR)들로부터 전류 크기를 포함하는 전류 데이터를 수집한다.
전류 수집부(120)는 각 해상 풍력 발전기(10)의 변압기(60) 하단에 설치된 제3 변류기(TR-CT)들로부터 전류 데이터를 수집할 수도 있다. 이때, 전류 수집부(120)는 제1 변류기(CTn-mL)들 및 제2 변류기(CTn-mR)들의 전류 데이터를 수집하지 않는다.
전류 수집부(120)는 내부 전력망이 Branch 계통인 경우 선로의 시작점에 설치된 브렌치 변류기(CT-n)들로부터 전류 데이터를 더 수집할 수도 있다.
고장 판단부(140)는 전류 데이터에 포함된 전류 크기를 근거로 내부 전력망의 고장 발생 여부를 판단한다(S120). 고장 판단부(140)는 동일 시점에 측정된 전류 데이터들을 분석하여 내부 전력망의 고장 발생 여부를 판단한다.
고장 판단부(140)는 전류 크기가 다른 전류 데이터가 존재하면 내부 전력망의 고장 발생으로 판단한다. 즉, 내부 전력망이 Radial-Branch 혼합 방식, Radial 방식 및 Branch 방식 중 하나인 경우, 고장 판단부(140)는 전류 데이터의 전류 크기를 이용하여 고장 발생 여부를 판단한다. 이때, 고장 판단부(140)는 전류 크기가 다른 전류 데이터가 존재하면 내부 전력망의 고장 발생으로 판단한다.
내부 전력망의 고장 발생으로 판단하면(S120; 예), 고장 구간 검출부(160)는 전류 데이터에 포함된 전류 크기를 정규화한다(S130).
정규화된 전류 크기가 불일치하는 구간이 존재하면(S140; 예), 고장 구간 검출부(160)는 해당 구간을 고장 구간으로 검출한다(S150). 즉, 고장 구간 검출부(160)는 정규화된 전류 크기가 불일치하는 구간(두 해상 풍력 발전기(10) 사이 구간, 해당 풍력 발전기와 해상 변전소(30) 사이 구간)을 고장 구간으로 검출한다.
한편, S120 단계에서 전류 크기가 모두 일치하거나, S140 단계에서 정규화된 전류 크기가 모두 일치하면, 고장 판단부(140)는 내부 전력망이 정상인 것으로 판단되면 전류 데이터를 상시 부하 전류 데이터로 출력한다(S160).
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고장 구간 검출 방법을 설명한다. 도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고장 구간 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 Radial-Loop 혼합 방식 및 Loop 방식 중 하나로 구성된 내부 전력망에서 고장 구간을 검출하기 위한 고장 구간 검출 방법을 도시한다. Radial-Loop 혼합 방식 및 Loop 방식은 사고 지점을 기준으로 양방향의 전류 방향이 다르므로, 고장 구간 검출 방법에서는 각 변류기에서 측정된 전류 방향을 이용해서 고장 구간을 검출한다.
도 10을 참조하면, 전류 수집부(120) 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에 설치된 변류기들로부터 전류 데이터를 수집한다(S210). 이때, 전류 수집부(120)는 모든 변류기들로부터 동일 시점에 측정된 전류 방향을 포함하는 전류 데이터를 수집한다.
전류 수집부(120)는 각 해상 풍력 발전기(10)의 차단기(70) 하단의 좌측 케이블에 설치된 제1 변류기(CTn-mL)들, 각 해상 풍력 발전기(10)의 차단기(70) 하단의 우측 케이블에 설치된 제2 변류기(CTn-mR)들로부터 전류 방향을 포함하는 전류 데이터를 수집한다. 이때, 전류 수집부(120)는 내부 전력망이 Branch 계통인 경우 선로의 시작점에 설치된 브렌치 변류기(CT-n)들로부터 전류 데이터를 더 수집할 수도 있다
고장 판단부(140)는 전류 데이터에 포함된 전류 방향을 근거로 내부 전력망의 고장 발생 여부를 판단한다(S220). 고장 판단부(140)는 동일 시점에 측정된 전류 데이터들을 분석하여 내부 전력망의 고장 발생 여부를 판단한다.
고장 판단부(140)는 전류 방향이 다른 전류 데이터가 존재하면 내부 전력망의 고장 발생으로 판단한다. 즉, 내부 전력망이 Radial-Loop 혼합 방식 및 Loop 방식 중 하나인 경우, 고장 판단부(140)는 전류 데이터의 전류 방향을 이용하여 고장 발생 여부를 판단한다. 이때, 고장 판단부(140)는 전류 방향이 다른 전류 데이터가 존재하면 내부 전력망의 고장 발생으로 판단한다.
내부 전력망의 고장 발생으로 판단하면(S220; 예), 고장 구간 검출부(160)는 전류 데이터에 포함된 전류 방향을 정규화한다(S230). 이때, 고장 구간 검출부(160)는 전류 방향을 정극성과 부극성 중 하나로 정규화한다.
정규화된 전류 방향이 불일치하는 구간이 존재하면(S240; 예), 고장 구간 검출부(160)는 해당 구간을 고장 구간으로 검출한다(S250). 즉, 고장 구간 검출부(160)는 정규화된 전류 방향이 불일치하는 구간(두 해상 풍력 발전기(10) 사이 구간, 해당 풍력 발전기와 해상 변전소(30) 사이 구간)을 고장 구간으로 검출한다.
한편, S220 단계에서 전류 방향이 모두 일치하거나, S240 단계에서 정규화된 전류 방향이 모두 일치하면, 고장 판단부(140)는 내부 전력망이 정상인 것으로 판단되면 전류 데이터를 상시 부하 전류 데이터로 출력한다(S260).
상술한 바와 같이, 고장 구간 검출 장치 및 방법은 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에 설치된 변류기들에서 측정한 전류 데이터를 근거로 고장 구간을 검출함으로써, 원격지에서 해상풍력 발전단지의 고장 구간을 신속하게 검출할 수 있어 경제성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
고장 구간 검출 장치 및 방법은 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에 설치된 변류기들에서 측정한 전류 데이터를 근거로 고장 구간을 검출함으로써, 보호계전기를 이용하는 종래에 비해 설치 비용 및 유지 보수 비용을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형 예 및 수정 예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100: 고장 구간 검출 장치
120: 전류 수집부
140: 고장 판단부
160: 고장 구간 검출부

Claims (20)

  1. 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에 설치된 복수의 변류기로부터 전류 데이터를 수집하는 전류 수집부;
    상기 전류 데이터에 포함된 전류 크기 및 전류 방향 중 적어도 하나를 근거로 상기 내부 전력망의 고장 발생 여부를 판단하는 고장 판단부; 및
    상기 고장 판단부에서 고장 발생으로 판단하면 상기 전류 데이터에 포함된 전류 크기 또는 전류 방향을 근거로 고장 구간을 검출하는 고장 구간 검출부를 포함하고,
    상기 고장 판단부는 상기 내부 전력망의 계통 연계 방식에 따라 상기 내부 전력망의 고장 발생 여부를 판단하되,
    상기 내부 전력망이 Branch 방식, Radial 방식 및 Radial-Branch 혼합 방식 중 하나이면 상기 전류 데이터의 전류 크기를 근거로 상기 내부 전력망의 고장 발생 여부를 판단하고,
    상기 내부 전력망이 Loop 방식 및 Radial-Loop 혼합 방식 중 하나이면 상기 전류 데이터의 전류 방향을 근거로 상기 내부 전력망의 고장 발생 여부를 판단하는 고장 구간 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 수집부는 상기 내부 전력망에 포함된 해상 풍력 발전기에 연결된 차단기의 좌측 방향 해상 케이블에 설치된 제1 변류기, 상기 차단기의 우측 방향 해상 케이블에 설치된 제2 변류기로부터 전류 크기 및 전류 방향 중 적어도 하나를 포함하는 전류 데이터를 수집하는 고장 구간 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류 수집부는
    상기 내부 전력망에 포함된 해상 풍력 발전기에 연결된 변압기의 하단에 배치된 제3 변류기로부터 전류 크기를 포함하는 전류 데이터를 수집하는 고장 구간 검출 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 전류 수집부는 해상 변전소와 해상 풍력 발전기를 연결하는 해상 케이블에 배치된 브렌치 변류기로부터 전류 크기 및 전류 방향 중 적어도 하나를 포함하는 전류 데이터를 더 수집하는 고장 구간 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고장 판단부는,
    상기 복수의 변류기로부터 수집한 전류 데이터 중에서 불일치하는 전류 크기를 갖는 전류 데이터가 존재하면 상기 내부 전력망의 고장 발생으로 판단하는 고장 구간 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고장 구간 검출부는 상기 복수의 변류기로부터 수집된 전류 데이터에 포함된 전류 크기를 정규화하고, 정규화된 전류 크기가 불일치하는 구간을 고장 구간으로 검출하는 고장 구간 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고장 판단부는 상기 복수의 변류기로부터 수집한 전류 데이터 중에서 불일치하는 전류 방향을 갖는 전류 데이터가 존재하면 상기 내부 전력망의 고장 발생으로 판단하는 고장 구간 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고장 구간 검출부는 상기 복수의 변류기로부터 수집된 전류 데이터에 포함된 전류 방향을 정규화하고, 정규화된 전류 방향이 불일치하는 구간을 고장 구간으로 검출하는 고장 구간 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고장 판단부는 상기 복수의 변류기로부터 수집한 전류 데이터가 모두 일치하면 상기 내부 전력망을 정상으로 판단하고, 상기 전류 데이터를 상시 부하 전류 데이터로 출력하고, 상기 고장 구간 검출부는 정규화된 전류 데이터가 모두 일치하면 상기 전류 데이터를 상시 부하 전류 데이터로 출력하는 고장 구간 검출 장치.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 고장 구간 검출부는,
    상기 내부 전력망이 Branch 방식, Radial 방식 및 Radial-Branch 혼합 방식 중 하나이면 상기 전류 데이터의 전류 크기를 근거로 고장 구간을 검출하고,
    상기 내부 전력망이 Loop 방식 및 Radial-Loop 혼합 방식 중 하나이면 상기 전류 데이터의 전류 방향을 근거로 고장 구간을 검출하는 고장 구간 검출 장치.
  12. 고장 구간 검출 장치를 이용한 고장 구간 검출 방법에 있어서,
    해상풍력 발전단지의 내부 전력망에 설치된 복수의 변류기로부터 전류 크기 및 전류 방향을 포함하는 전류 데이터를 수집하는 단계;
    상기 수집하는 단계에서 수집한 전류 데이터 중에서 불일치하는 전류 크기 및 전류 방향을 갖는 전류 데이터가 존재하면 상기 내부 전력망의 고장 발생으로 판단하는 단계;
    상기 고장 발생으로 판단하면 상기 수집하는 단계에서 수집한 전류 데이터의 전류 크기 및 전류 방향을 정규화하는 단계; 및
    상기 정규화하는 단계에서 정규화된 전류 크기 및 전류 방향이 불일치하는 구간을 고장 구간으로 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 고장 발생으로 판단하는 단계는,
    상기 내부 전력망의 계통 연계 방식에 따라 상기 내부 전력망의 고장 발생 여부를 판단하되,
    상기 내부 전력망이 Branch 방식, Radial 방식 및 Radial-Branch 혼합 방식 중 하나이면 상기 전류 데이터의 전류 크기를 근거로 상기 내부 전력망의 고장 발생 여부를 판단하고,
    상기 내부 전력망이 Loop 방식 및 Radial-Loop 혼합 방식 중 하나이면 상기 전류 데이터의 전류 방향을 근거로 상기 내부 전력망의 고장 발생 여부를 판단하는 고장 구간 검출 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 수집하는 단계는,
    상기 내부 전력망에 포함된 해상 풍력 발전기에 연결된 차단기의 좌측 방향 해상 케이블에 설치된 제1 변류기로부터 전류 크기를 포함하는 전류 데이터를 수집하는 단계; 및
    상기 차단기의 우측 방향 해상 케이블에 설치된 제2 변류기로부터 전류 크기를 포함하는 전류 데이터를 수집하는 단계를 포함하는 고장 구간 검출 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 수집하는 단계는 상기 내부 전력망에 포함된 해상 풍력 발전기에 연결된 변압기의 하단에 배치된 제3 변류기로부터 전류 크기를 포함하는 전류 데이터를 수집하는 단계를 포함하는 고장 구간 검출 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 수집하는 단계에서는 해상 변전소와 해상 풍력 발전기를 연결하는 해상 케이블에 배치된 브렌치 변류기로부터 전류 크기를 포함하는 전류 데이터를 더 수집하는 고장 구간 검출 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 수집하는 단계에서 수집한 전류 데이터의 전류 크기가 모두 일치하거나, 상기 정규화하는 단계에서 정규화된 전류 크기가 모두 일치하면 상기 전류 데이터를 상시 부하 전류 데이터로 출력하는 단계를 더 포함하는 고장 구간 검출 방법.
  17. 삭제
  18. 제12항에 있어서,
    상기 수집하는 단계는,
    상기 내부 전력망에 포함된 해상 풍력 발전기에 연결된 차단기의 좌측 방향 해상 케이블에 설치된 제1 변류기로부터 전류 방향을 포함하는 전류 데이터를 수집하는 단계; 및
    상기 차단기의 우측 방향 해상 케이블에 설치된 제2 변류기로부터 전류 방향을 포함하는 전류 데이터를 수집하는 단계를 포함하는 고장 구간 검출 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 수집하는 단계는,
    해상 변전소와 해상 풍력 발전기를 연결하는 해상 케이블에 배치된 브렌치 변류기로부터 전류 방향을 포함하는 전류 데이터를 수집하는 단계를 더 포함하는 고장 구간 검출 방법.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 수집하는 단계에서 수집한 전류 데이터의 전류 방향이 모두 일치하거나, 상기 정규화하는 단계에서 정규화된 전류 방향이 모두 일치하면 상기 전류 데이터를 상시 부하 전류 데이터로 출력하는 단계를 더 포함하는 고장 구간 검출 방법.
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