KR102368705B1 - 초전도한류기 동작 판단 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도한류기 동작 판단 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 통신을 통해 초전도한류기의 동작정보를 수신하고, 초전도한류기 동작 판단 시스템이 설치된 지점의 측정 전류값을 입력받으며, 변류기(CT)의 측정전류를 입력받고, 초전도체 임계전류, 초전도한류기 냉각특성을 포함한 특성데이터를 입력받는 데이터 입력부; 및 상기 데이터 입력부가 수신한 초전도한류기의 동작 정보를 분석하여 동작을 판단하는 통신 데이터 판단 모듈과, 상기 데이터 입력부가 입력받은 측정 전류값과 동작전류값을 비교하여 측정 전류값이 동작 전류값을 초과한 경우에 초전도한류기의 동작 상태로 판단하여 이를 보호계전기로 알려주는 측정 전류 판단 모듈과, 상기 변류기의 측정 전류와 전류의 통전시간 그리고, 특성 데이터를 기준으로 초전도체의 저항과 초전도체 양단전압을 계산하여 초전도체의 ?치여부를 판단하여 초전도한류기의 동작여부를 판단하는 특성 데이터 판단 모듈을 포함하는 동작 판단부를 포함하는 초전도한류기 동작 판단 시스템 및 그 방법을 제공한다.

Description

초전도한류기 동작 판단 시스템 및 그 방법{Determination system of the superconducting fault current limiter operation}

본 발명은 초전도한류기 동작 판단 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

특히 초전도한류기의 동작 여부를 판단하여 보호계전기의 입력 데이터로 제공할 수 있는 초전도한류기 동작 판단 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

현대의 전력계통은 경제발전과 더불어 대도심의 전력부하가 증가함에 따라 고장전류 문제가 대두되고 있으며, 최근에는 대안 중 하나로서 초전도한류기가 주목받고 있다.

초전도한류기는 정상상태에서는 임피던스가 영(zero)로서 계통에 전혀 영향을 미치지 않지만, 특정 값 이상의 큰 고장전류가 흐를 경우 초전도체가 ?치(Quench, 전도성을 잃는 현상)되어 저항이 발생하고 이를 이용하여 고장전류를 감소시키는 역할을 하는 신전력기기이다.

국내에서는 22.9kV 초전도한류기의 실계통 실증을 완료하였으며, 154kV 초전도한류기는 현재 개발 중에 있다.

현재 국내에서 개발 중인 154kV 초전도한류기는 특정 전류 이상의 큰 전류가 흐르게 되면 한류임피던스(초전도체의 한류저항 및 상전도 병렬한류임피던스(저항 또는 리액터))가 계통에 투입되어 고장전류를 제한하는 동작원리를 갖는데, 이는 국내 154kV 계통에서 주로 사용하고 있는 기존 거리계전기 및 과전류계전기 동작에 악영향을 미치게 된다.

거리계전기는 계전기 설치 지점의 전류와 전압을 측정하고 이를 이용하여 고장지점까지의 임피던스를 계산하여 고장위치를 판단하며, 과전류계전기는 계전기 설치지점의 전류를 측정하여 고장을 판단한다.

초전도한류기의 한류임피던스 투입 여부에 따라서 고장전류가 달라지고, 거리계전기에 의해 계산되는 임피던스 역시 달라지므로 초전도한류기의 동작여부에 따른 거리계전기 및 과전류계전기의 정정치를 달리 적용해야 한다.

결국, 초전도한류기가 적용된 전력계통의 보호협조의 신뢰성을 높이기 위해서는 초전도한류기의 동작정보의 취득 및 예측이 매우 중요하다.

이와 같은 상황에서 초전도한류기가 실계통에 도입되는 경우, 최악의 경우 초전도한류기 동작여부에 따라서 기존 보호계전기 오동작으로 인한 정전이 발생할 수 있다.

특히 송전계통의 후비보호방식으로 사용하고 있는 3단계한시거리계전방식의 경우, 거리계전기의 오동작에 의한 여파는 대규모 광역정전으로까지 확대될 가능성도 있다. 이러한 문제는 기존 보호계전기 알고리즘만으로는 해결에 한계가 있다.

국내공개특허번호 2010-0039602호 국내공개특허번호 2006-0099321호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 보호계전기가 설치된 지점과 고장지점 사이에 초전도한류기가 설치된 경우, 원격에 존재하는 초전도한류기의 동작여부를 판단하여 보호계전기의 입력데이터로 줄 수 있는 초전도한류기 동작판단 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일측면은, 통신을 통해 초전도한류기의 동작정보를 수신하는 데이터 입력부; 및 상기 데이터 입력부가 수신한 초전도한류기의 동작 정보를 분석하여 동작을 판단하는 동작 판단부를 포함한다.

또한, 본 발명의 일측면의 상기 데이터 입력부가 통신을 통해 수신하는 초전도한류기의 동작 정보는 차단기 개방지령신호와 차단기 접점신호이며, 상기 동작 판단부는 차단기 개방지령신호가 수신된 경우에 선로 고장으로 인한 초전도한류기의 동작 상태로 판단하여 이를 보호계전기로 알려주는 통신 데이터 판단 모듈을 포함한다.

또한, 본 발명의 일측면의 상기 데이터 입력부는 상기 초전도한류기 동작 판단 시스템이 설치된 지점의 측정 전류값을 입력받으며, 상기 동작 판단부는 상기 데이터 입력부가 입력받은 측정 전류값과 동작전류값을 비교하여 측정 전류값이 동작 전류값을 초과한 경우에 초전도한류기의 동작 상태로 판단하여 이를 보호계전기로 알려주는 측정 전류 판단 모듈을 포함한다.

또한, 본 발명의 일측면은 아날로그 필터와 디지털 필터를 포함하여 상기 데이터 입력부가 입력받은 측정 전류값을 처리하여 직류 오프셋(DC offset)을 제외한 측정 전류값을 상기 측정 전류 판단부로 제공하는 신호 처리부를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 일측면의 상기 데이터입력부는 변류기(CT)의 측정전류를 입력받고, 초전도체 임계전류, 초전도한류기 냉각특성을 포함한 특성데이터를 입력받으며, 상기 동작 판단부는 상기 변류기의 측정 전류와 전류의 통전시간 그리고, 특성 데이터를 기준으로 초전도체의 저항과 초전도체 양단전압을 계산하여 초전도체의 ?치여부를 판단하여 초전도한류기의 동작여부를 판단하는 특성 데이터 판단 모듈을 포함한다.

또한, 본 발명의 일측면의 상기 데이터입력부는 변류기(CT)의 측정전류를 입력받고, 초전도체 임계전류, 초전도한류기 냉각특성을 포함한 특성데이터를 입력받으며, 상기 동작 판단부는 상기 변류기의 측정 전류와 전류의 통전시간 그리고, 특성 데이터를 기준으로 초전도체의 저항과 초전도체 양단전압을 계산하여 초전도체의 ?치여부를 판단하여 초전도한류기의 동작여부를 판단하는 특성 데이터 판단 모듈을 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 측면은 초전도한류기 동작판단 시스템에 있어서, 상기 초전도한류기 동작판단 시스템이 설치된 지점의 측정 전류값을 입력받는 데이터 입력부; 및 상기 데이터 입력부가 입력받은 측정 전류값과 동작전류값을 비교하여 초전류한류기의 동작 여부를 판단하는 동작 판단부를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 측면의 상기 동작 판단부는 상기 데이터 입력부가 입력받은 측정 전류값과 동작전류값을 비교하여 측정 전류값이 동작 전류값을 초과한 경우에 초전도한류기의 동작 상태로 판단하여 이를 보호계전기로 알려주는 초전류한류기의 동작 여부를 판단하는 측정 전류 판단 모듈을 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 측면은 아날로그 필터와 디지털 필터를 포함하여 상기 데이터 입력부가 입력받은 측정 전류값을 처리하여 직류 오프셋(DC offset)을 제외한 측정 전류값을 상기 측정 전류 판단부로 제공하는 신호 처리부를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 측면은 상기 데이터입력부는 변류기(CT)의 측정전류를 입력받고, 초전도체 임계전류, 초전도한류기 냉각특성을 포함한 특성데이터를 입력받으며, 상기 동작 판단부는 상기 변류기의 측정 전류와 전류의 통전시간 그리고, 특성 데이터를 기준으로 초전도체의 저항과 초전도체 양단전압을 계산하여 초전도체의 ?치여부를 판단하여 초전도한류기의 동작여부를 판단하는 특성 데이터 판단 모듈을 포함한다.

한편, 본 발명의 또 다른 측면은 변류기(CT)의 측정전류와 전류를 입력받고, 초전도체 임계전류, 초전도한류기 냉각특성을 포함한 특성데이터를 입력받는 데이터입력부; 및 상기 변류기의 측정 전류와 전류의 통전시간 그리고, 특성 데이터를 기준으로 초전도체의 저항과 초전도체 양단전압을 계산하여 초전도체의 ?치여부를 판단하여 초전도한류기의 동작여부를 판단하는 동작 판단부를 포함한다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면의 상기 동작 판단부는 상기 변류기의 측정 전류와 전류의 통전시간 그리고, 특성 데이터를 기준으로 초전도체의 저항과 초전도체 양단전압을 계산하여 초전도체의 ?치여부를 판단하여 초전도한류기의 동작여부를 판단하는 특성 데이터 판단 모듈을 포함한다.

한편, 본 발명의 또 다른 측면은 (A) 데이터입력부가 통신을 통해 초전도한류기의 동작정보를 수신하는 단계; 및 (B) 동작 판단부가 상기 데이터 입력부가 수신한 초전도한류기의 동작 정보를 분석하여 동작을 판단하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면은 (C) 상기 데이터 입력부가 초전도한류기 동작판단 시스템이 설치된 지점의 측정 전류값을 입력받는 단계; 및 (D) 상기 동작 판단부가 상기 데이터 입력부가 입력받은 측정 전류값과 동작전류값을 비교하여 측정 전류값이 동작 전류값을 초과한 경우에 초전도한류기의 동작 상태로 판단하여 초전류한류기의 동작 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면은 (E) 상기 데이터입력부가 변류기(CT)의 측정전류를 입력받고, 초전도체 임계전류, 초전도한류기 냉각특성을 포함한 특성데이터를 입력받는 단계; 및 (F) 상기 동작 판단부가 상기 변류기의 측정 전류와 전류의 통전시간 그리고, 특성 데이터를 기준으로 초전도체의 저항과 초전도체 양단전압을 계산하여 초전도체의 ?치여부를 판단하여 초전도한류기의 동작여부를 판단하는 단계를 포함한다.

한편, 본 발명의 또 다른 측면은 (A) 데이터입력부가 초전도한류기 동작판단 시스템이 설치된 지점의 측정 전류값을 입력받는 단계; 및 (B) 동작 판단부가 상기 데이터 입력부가 입력받은 측정 전류값과 동작전류값을 비교하여 초전류한류기의 동작 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면은 (C) 상기 데이터입력부는 변류기(CT)의 측정전류를 입력받고, 초전도체 임계전류, 초전도한류기 냉각특성을 포함한 특성데이터를 입력받는 단계; 및 (D) 상기 동작 판단부가 상기 변류기의 측정 전류와 전류의 통전시간 그리고, 특성 데이터를 기준으로 초전도체의 저항과 초전도체 양단전압을 계산하여 초전도체의 ?치여부를 판단하여 초전도한류기의 동작여부를 판단하는 단계를 포함한다.

한편, 본 발명의 또 다른 측면은 (A) 데이터입력부가 변류기(CT)의 측정전류를 입력받고, 초전도체 임계전류, 초전도한류기 냉각특성을 포함한 특성데이터를 입력받는 단계; 및 (B) 동작 판단부가 상기 변류기의 측정 전류와 전류의 통전시간 그리고, 특성 데이터를 기준으로 초전도체의 저항과 초전도체 양단전압을 계산하여 초전도체의 ?치여부를 판단하여 초전도한류기의 동작여부를 판단하는 단계를 포함한다.

본 발명에서 제안된 시스템 및 방법을 초전도한류기가 적용된 계통보호에 활용함으로써 보호계전기의 오동작을 최소화하여 대규모 광역정전을 방지할 수 있다.

제안된 초전도한류기 동작 판단 시스템 및 방법을 기존 보호계전기의 알고리즘에 추가모듈로 사용할 수 있으며, 이는 별도 설비보강 없이 기존 계전기의 소프트웨어의 업그레이드로 구현이 가능하다.

기존의 실시간 그룹세팅기능이 있는 상용 보호계전기를 계통에 설치하거나 기 설치운용 중인 경우는, 본 발명에서 제안한 초전도한류기 동작 판단 시스템을 기존 보호계전기와 함께 추가로 설치/운용함으로써 보호계전기 자체 알고리즘을 수정하지 않고 전력계통의 보호협조가 가능하게 된다.

도 1 은 국내에서 현재 개발 중인 154kV 초전도한류기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초전도한류기 동작 판단 시스템 구조를 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 초전도한류기 동작 판단 시스템의 전력계통 적용 개념도를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 4 는 154kV 초전도한류기의 국내 실계통 적용 대상 계통 홍농-고창시험센터의 시뮬레이션 모델을 도시화한 도면이다.
도 5 는 고창시험센터에 초전도한류기가 설치된 후 홍농변전소 측에 제안된 판단 시스템이 설치된 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 통신 데이터 판단 모듈이 초전도한류기 동작 판단 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 측정 전류 판단 모듈이 초전도한류기 동작 판단 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 특성 데이터 판단 모듈이 초전도한류기 동작 판단 과정을 보여주는 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1 은 국내에서 현재 개발 중인 154kV 초전도한류기의 구조를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 국내에서 현재 개발 중인 154kV 초전도한류기(100)는 내부에 초전도체(HTS)(1)와 직렬로 연결된 차단기(직렬CB)(2)가 있으며, 초전도체(1)가 ?치되면 차단기(직렬CB)(2)가 개방되어 초전도체(1)와 병렬로 연결된 한류리액터(CLR)(3)가 투입되어 고장전류를 제한하는 동작원리를 갖는다.

따라서, 상기 154kV 초전도한류기 내부의 차단기(직렬CB)(1)의 개방지령신호 또는 접점신호를 원격에 설치된 보호 계전기(본 발명에서는 초전도한류기의 동작 판단 시스템)에 전송함으로서 초전도한류기의 동작정보를 취득할 수 있다.

다른 타입의 초전도한류기에서도 역시 내부적으로 동작여부를 확인할 수 있는 특정 신호를 통신을 통해서 전송함으로서 해당 데이터를 활용할 수 있다.

그러나, 통신선에 문제가 있거나 기타 다른 이유로 인하여 통신이 실패하여 통신 데이터에 신뢰성을 믿지 못하는 경우, 초전도한류기의 동작정보를 원격에서 예측할 수 있는 부가적인 방법이 필요하다.

현재 국내에서 개발 중인 154kV 초전도한류기의 동작원리에 따르면, 초전도체(HTS)(1)를 통하여 동작전류 이상의 고장전류가 흐를 경우, 초전도체(1)가 ?치되고 차단기(직렬CB)(2)에 개방신호가 전달되어 차단기(직렬CB)(2)가 3cycle 이내에 개방된다.

차단기(직렬CB)(2)에 개방신호를 보내는 조건은 초전도한류기의 설계기준에 해당되며, 국내에서 현재 개발하고 있는 154kV 초전도한류기는 측정전류가 동작 전류(Iop) 이상의 과전류인 조건을 적용하고 있다.

여기서, 동작 전류 개념은 차단기(직렬CB)(2) 개방을 위한 실효치전류 기준값을 의미한다.

기타 다른 타입의 초전도한류기에서 적용 가능한 조건으로는 초전도체(1)의 양단전압을 측정하여 초전도체(1)의 ?치여부를 판단하는 방법을 적용할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 초전도한류기의 동작여부를 원격에서 판단 및 예측하는 방법으로서 통신을 통해서 직접 초전도한류기의 동작정보 데이터를 취득하여 판단하는 방안, 송배전선로에 흐르는 전류를 측정하여 이를 초전도한류기의 동작전류와 비교하여 예측하는 방안, 기 입력된 초전도한류기의 초전도체 특성을 기준으로 측정전류와 통전시간에 따른 ?치여부를 예측하는 방법을 제안하고, 상기 3가지 방법을 탑재한 초전도한류기 동작 판단 시스템을 제안한다.

도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초전도한류기 동작 판단 시스템 구조를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초전도한류기 동작 판단 시스템(200)은 데이터입력부(10)와, 신호처리부(20)와, 동작 판단부(30)로 구성되며, 전력계통에 적용한 예를 도시하면 도 3과 같다.

이와 같은 구성에서 상기 데이터입력부(10)는 통신을 통하여 초전도한류기의 동작정보를 실시간으로 전송받는다.

국내 154kV 초전도한류기의 경우, 초전도한류기의 동작정보는 차단기의 개방지령신호 또는 차단기의 접점신호를 활용할 수 있다.

기타 초전도한류기의 경우는, 초전도체 양단전압을 기준으로 ?치여부를 판단하는 등 해당 한류기의 동작메카니즘에 따라서 초전도한류기의 동작여부를 보장할 수 있는 유효한 데이터를 동작정보로 활용할 수 있다.

그리고, 상기 데이터입력부(10)는 본 동작 판단 시스템이 설치된 지점의 변류기(CT)를 통하여 측정된 전류값을 실시간으로 받는다.

전류 측정을 위한 변류기(CT)는 본 동작 판단 시스템의 전용 변류기(CT)가 바람직하며, 경제성, 효용성 측면을 고려하여 보호 계전기용 변류기(CT)를 공유할 수 있다.

한편, 상기 데이터입력부(10)는 계통운영자로부터 사전에 초전도한류기의 특성데이터를 입력받는다.

이때, 데이터 입력부(10)가 입력받는 특성데이터는 초전도한류기의 동작전류(실효치), 초전도체의 임계전류, 초전도체의 기타 물리적 특성데이터 등이 해당된다.

다음으로, 신호처리부(20)는 아날로그 필터(21)와 디지털 필터(22)를 포함하여 측정전류를 처리하여 직류 오프셋(DC offset) 등을 제외한 순수한 전류를 계산한다.

본 발명이 별도의 시스템이 아닌 기존 보호계전기의 알고리즘에 반영되어 추가모듈로 활용되어 하나의 보호계전기 개발에 적용되는 경우는 별도의 신호처리부를 두지 않고 기존 보호계전기의 신호처리 모듈을 공유할 수 있다.

다음으로, 동작 판단부(30)는 통신 데이터 판단 모듈(31)과, 측정 전류 판단 모듈(32)과, 특성 데이터 판단 모듈(33)을 구비하고 있다.

상기 동작 판단부(30)의 통신 데이터 판단 모듈(31)은 초전도한류기로부터 데이터 입력부(10)가 직접 통신을 통해서 취득한 동작정보를 기준으로 동작여부를 판단한다.

그리고, 동작 판단부(30)의 측정 전류 판단 모듈(32)은 통신실패로 인하여 상기 통신 데이터 판단 모듈(31)이 직접 통신데이터를 취득하지 못하는 경우를 대비한 모듈로서, 국내에서 개발 중인 154kV 초전도한류기와 같이 초전도체에 흐르는 전류 크기를 기준으로 직렬로 연결된 차단기(또는 스위치)를 개방하고 병렬로 연결된 한류리액터 또는 한류저항으로 고장전류를 제한하는 동작메카니즘을 갖는 초전도한류기가 설치된 경우, 초전도한류기의 동작여부를 판단하기 위한 방법이 적용되었다.

이를 좀더 구체적으로 살펴보면, 동작 판단부(30)의 측정 전류 판단 모듈(32)은 데이터 입력부(10)를 통해서 받은 측정 전류값의 실효치가 사용자로부터 입력받아 저장하고 있는 초전도한류기의 동작 전류값(실효치)를 초과하는 경우 초전도한류기가 동작한 것으로 가정하여 초전도한류기의 동작여부를 판단한다.

여기서, 측정전류는 직류오프셋(DC offset) 및 기타 노이즈를 제거한 계산데이터를 기준으로 적용한다.

한편, 동작 판단부(30)의 특성 데이터 판단 모듈(33)은 측정 전류 판단 모듈(32)와 마찬가지로 통신실패로 인하여 통신 데이터 판단 모듈(31)에서 직접 통신데이터를 취득하지 못하는 경우를 대비한 모듈로서 측정 전류 판단 모듈(32) 적용이 불가능한 기타 다른 타입의 초전도한류기가 설치된 경우 적용 가능한 모듈이다.

상기 동작 판단부(30)의 특성 데이터 판단 모듈(33)은 변류기(CT)의 측정전류와 전류의 통전시간, 초전도체 임계전류, 초전도한류기 냉각특성 등의 특성데이터를 기준으로 초전도체의 저항과 초전도체 양단전압을 계산하여 초전도체의 ?치여부를 판단하여 초전도한류기의 동작여부를 판단한다.

여기서 초전도체의 저항계산 및 양단전압계산 알고리즘은 초전도한류기 시스템특성에 따라서 사전에 다르게 모델링해야 한다. 그 예 중 하나는 다음과 같다.

(수학식 1)

(수학식 2)

(수학식 3)

상기 수학식 (1)~(3) 에서,

R_HTS : 초전도체의 저항

R_Q : 초전도체의 최대 발생저항

B : 온도조정계수

T_HTS : 초전도체의 온도

T₀ : 초전도체의 초기 운전온도

△T_HEAT : 초전도체의 발생저항에 따른 온도 상승분

△T_COOLING : 냉각설비에 의한 온도 감소분

V_HTS : 초전도체 양단전압의 계산값

I_M : 측정된 선로 통전전류이다.

현재 국내에서 개발 중인 154kV 초전도케이블은 2016년에 고창시험센터 실증선로에 설치되어 시범운전을 계획 중에 있다.

본 발명에서는 고창시험센터에 설치되는 사례를 가정하여 도 4와 같이 고창시험센터와 약 8.1km의 송전선로로 연결된 홍농 변전소 측에 본 발명에서 제안한 초전도한류기 동작판단 시스템(200)이 설치된 것으로 가정하고 고창시험센터의 실증선로에서 t = 0.5초 순간에 고장이 발생한 경우, 원격에서의 초전도한류기(100)의 동작판단 결과를 시뮬레이션으로 확인하였다.

도 5 는 고창시험센터에 초전도한류기가 설치된 후 홍농변전소 측에 제안된 판단 시스템이 설치된 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.

첫 번째 및 두 번째 그래프는 초전도한류기로부터 직접 전송받은 동작정보로서, 첫 번째 그래프는 초전도한류기 내의 초전도체와 직렬로 연결된 차단기의 개방지령신호이며, 두 번째 그래프는 차단기의 상태를 의미하는 접점신호이다.

상기 두 가지 정보는 제안된 고장판단 시스템의 통신 데이터 판단 모듈에서 활용이 가능한 데이터이다.

세 번째 그래프는 통신실패로 통신 데이터 판단 모듈을 활용하지 못하는 경우, 변류기로부터 측정된 전류를 기준으로 초전도한류기의 동작전류와 비교하여 초전도한류기의 동작여부를 판단한 결과로서, 통신을 통해서 받은 차단기 개방지령신호 데이터와 유사한 결과를 나타내므로, 통신 데이터 판단 모듈에서 충분히 활용이 가능한 정보이다.

네 번째 그래프는 통신실패로 인하여 통신 데이터 판단 모듈을 활용하지 못하고, 초전도한류기의 종류가 국내에서 개발하는 타입과 다를 경우, 초전도체의 저항변화를 프로그램으로 모델링한 결과이다.

이는 초전도체의 해석모델을 실험데이터를 기반으로 하여 사전에 정확하게 모델링할 수 있는 경우에 활용이 가능할 것으로 판단된다.

결국, 도 5의 4가지 데이터를 활용하여 본 발명에서 제안한 시스템을 적용한다면, 원격에서 초전도한류기의 동작여부를 판단할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 통신 데이터 판단 모듈이 초전도한류기 동작 판단 과정을 보여주는 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 통신 데이터 판단 모듈이 초전도한류기 동작 판단 과정은 먼저 데이터입력부가 통신을 통하여 초전도한류기의 동작정보를 실시간으로 전송받는다(S100).

국내 154kV 초전도한류기의 경우, 초전도한류기의 동작정보는 차단기의 개방지령신호 또는 차단기의 접점신호를 활용할 수 있다.

기타 초전도한류기의 경우는, 초전도체 양단전압을 기준으로 ?치여부를 판단하는 등 해당 한류기의 동작메카니즘에 따라서 초전도한류기의 동작여부를 보장할 수 있는 유효한 데이터를 동작정보로 활용할 수 있다.

다음으로, 동작 판단부의 통신 데이터 판단 모듈은 초전도한류기로부터 데이터 입력부가 직접 통신을 통해서 취득한 동작정보를 기준으로 동작여부를 판단한다(S110,S120).

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 측정 전류 판단 모듈이 초전도한류기 동작 판단 과정을 보여주는 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 측정 전류 판단 모듈이 초전도한류기 동작 판단 과정은 먼저 상기 데이터입력부가 본 동작 판단 시스템이 설치된 지점의 변류기(CT)를 통하여 측정된 전류값을 실시간으로 받는다(S200).

전류 측정을 위한 변류기(CT)는 본 동작 판단 시스템의 전용 변류기(CT)가 바람직하며, 경제성, 효용성 측면을 고려하여 보호 계전기용 변류기(CT)를 공유할 수 있다.

이때, 신호처리부는 아날로그 필터와 디지털 필터를 포함하여 측정전류를 처리하여 직류 오프셋(DC offset) 등을 제외한 순수한 전류를 계산한다.

본 발명이 별도의 시스템이 아닌 기존 보호계전기의 알고리즘에 반영되어 추가모듈로 활용되어 하나의 보호계전기 개발에 적용되는 경우는 별도의 신호처리부를 두지 않고 기존 보호계전기의 신호처리 모듈을 공유할 수 있다.

다음으로, 동작 판단부의 측정 전류 판단 모듈은 데이터 입력부를 통해서 받은 측정 전류값의 실효치가 사용자로부터 입력받아 저장하고 있는 초전도한류기의 동작 전류값(실효치)와 비교하여(S210) 초과하는 경우(S220) 초전도한류기가 동작한 것으로 가정하여 초전도한류기의 동작여부를 판단한다(S230).

여기서, 측정전류는 직류오프셋(DC offset) 및 기타 노이즈를 제거한 계산데이터를 기준으로 적용한다.

이와 같은 동작 판단부의 측정 전류 판단 모듈은 통신실패로 인하여 상기 통신 데이터 판단 모듈이 직접 통신데이터를 취득하지 못하는 경우를 대비한 모듈로서, 국내에서 개발 중인 154kV 초전도한류기와 같이 초전도체에 흐르는 전류 크기를 기준으로 직렬로 연결된 차단기(또는 스위치)를 개방하고 병렬로 연결된 한류리액터 또는 한류저항으로 고장전류를 제한하는 동작메카니즘을 갖는 초전도한류기가 설치된 경우, 초전도한류기의 동작여부를 판단하기 위한 방법이 적용되었다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 특성 데이터 판단 모듈이 초전도한류기 동작 판단 과정을 보여주는 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 특성 데이터 판단 모듈이 초전도한류기 동작 판단 과정은 먼저 상기 데이터입력부가 본 동작 판단 시스템이 설치된 지점의 변류기(CT)를 통하여 측정된 전류값을 실시간으로 받는다.

또한, 상기 데이터입력부는 계통운영자로부터 사전에 초전도한류기의 특성데이터를 입력받는다(S300).

이때, 데이터 입력부가 입력받는 특성데이터는 초전도한류기의 동작전류(실효치), 초전도체의 임계전류, 초전도체의 기타 물리적 특성데이터 등이 해당된다.

그리고, 신호처리부는 아날로그 필터와 디지털 필터를 포함하여 측정전류를 처리하여 직류 오프셋(DC offset) 등을 제외한 순수한 전류를 계산한다.

본 발명이 별도의 시스템이 아닌 기존 보호계전기의 알고리즘에 반영되어 추가모듈로 활용되어 하나의 보호계전기 개발에 적용되는 경우는 별도의 신호처리부를 두지 않고 기존 보호계전기의 신호처리 모듈을 공유할 수 있다.

다음으로, 동작 판단부의 특성 데이터 판단 모듈은 변류기(CT)의 측정전류와 전류의 통전시간, 초전도체 임계전류, 초전도한류기 냉각특성 등의 특성데이터를 기준으로 초전도체의 저항과 초전도체 양단전압을 계산하여(S310) 초전도체의 ?치여부를 판단하여(S320) 초전도한류기의 동작여부를 판단한다(S330).

이와 같은 동작 판단부의 특성 데이터 판단 모듈은 측정 전류 판단 모듈와 와 마찬가지로 통신실패로 인하여 통신 데이터 판단 모듈에서 직접 통신데이터를 취득하지 못하는 경우를 대비한 모듈로서 측정 전류 판단 모듈 적용이 불가능한 기타 다른 타입의 초전도한류기가 설치된 경우 적용 가능한 모듈이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이며, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 초전도체 2 : 차단기
3 : 전류 리액터 10 : 데이터입력부
20 : 신호 처리부 21 : 아날로그 필터
22 : 디지털 필터 30 : 동작 판단부
31 : 통신 데이터 판단 모듈 32 : 측정 전류 판단 모듈
33 : 특성 데이터 판단 모듈 100 : 초전도한류기
200 : 초전도한류기 동작 판단 시스템 300 : 보호계전기

Claims (18)

1. 보호계전기 및 초전도한류기를 포함하는 계통 내에 설치되는 초전도한류기 동작 판단 시스템에 있어서,
   초전도한류기의 동작정보를 수신하는 데이터 입력부; 및
   상기 데이터 입력부가 수신한 초전도한류기의 동작 정보를 분석하여, 상기 초전도한류기의 동작 여부를 판단하는 동작 판단부를 포함하는 것으로,
   상기 데이터 입력부는
   사용자로부터 입력받은 상기 초전도한류기의 초전도체 임계전류 및 초전도한류기 냉각특성을 포함한 특성데이터를 저장하고, 상기 초전도한류기와의 통신을 통하여 상기 초전도한류기의 동작 정보로 차단기 개방지령신호와 차단기 접점신호를 수신하거나, 상기 초전도한류기와의 통신실패시에는 변류기(CT)로부터 상기 초전도한류기 동작 판단 시스템이 설치된 지점의 측정 전류를 입력받으며,
   상기 동작 판단부는
   상기 차단기 개방지령신호가 수신되면 선로 고장으로 인한 초전도한류기의 동작 상태로 판단하여 이를 보호계전기로 알려주는 통신 데이터 판단 모듈;
   상기 측정 전류와 미리 설정된 동작전류값을 비교하여 상기 측정 전류가 상기 동작 전류값을 초과하면, 상기 초전도한류기의 동작 상태로 판단하여 이를 보호계전기로 알려주는 측정 전류 판단 모듈; 및
   상기 측정 전류와 전류의 통전시간 그리고, 특성 데이터를 기준으로 초전도체의 저항과 초전도체 양단전압을 계산하여 초전도체의 ?치여부를 판단하고, 상기 ??치가 발생한 것으로 판단되면, 상기 초전도한류기의 동작 상태로 판단하여 이를 보호계전기로 알려주는 특성 데이터 판단 모듈을 포함하는 초전도한류기 동작 판단 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1항에 있어서,
   아날로그 필터와 디지털 필터를 포함하여 상기 데이터 입력부가 입력받은 측정 전류를 처리하여 직류 오프셋(DC offset)을 제외한 측정 전류를 상기 측정 전류 판단 모듈로 제공하는 신호 처리부를 포함하는 초전도한류기 동작 판단 시스템.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 데이터입력부 및 동작판단부를 포함하는 초전도한류기 동작 판단 시스템을 이용하는 초전도한류기 동작 판단 방법에 있어서,
    데이터입력부가 사용자로부터 상기 초전도한류기의 초전도체 임계전류 및 초전도한류기 냉각특성을 포함한 특성데이터를 입력받아 저장하는 단계;
    데이터입력부가 초전도한류기와의 통신을 통해 상기 초전도한류기의 동작정보로 차단기 개방지령신호와 차단기 접점신호를 수신하는 단계;
    상기 차단기 개방지령신호가 수신되면, 동작 판단부가 선로 고장으로 인한 초전도한류기의 동작 상태로 판단하는 단계;
    상기 초전도한류기와의 통신에 실패하면, 상기 데이터 입력부가 변류기(CT)로부터 상기 초전도한류기 동작 판단 시스템이 설치된 지점의 측정 전류를 입력받는 단계;
    상기 초전도한류기에 대해 미리 설정된 동작 전류값이 존재하면, 동작 판단부가 상기 측정 전류와 상기 동작 전류값을 비교하고, 상기 측정 전류가 동작 전류값을 초과하면 상기 초전도한류기의 동작 상태로 판단하는 단계; 및
    상기 초전도한류기에 대해 미리 설정된 동작 전류값이 존재하지 않으면, 동작 판단부가 상기 변류기의 측정 전류와 전류의 통전시간 그리고, 특성 데이터를 기준으로 초전도체의 저항과 초전도체 양단전압을 계산하여 초전도체의 ?치여부를 판단하고, 상기 ??치가 발생한 것으로 판단되면, 상기 초전도한류기의 동작 상태로 판단하는 단계를 포함하는 초전도한류기 동작 판단 방법.
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