KR102563470B1

KR102563470B1 - 보호 계전기 및 이의 오동작 방지 방법

Info

Publication number: KR102563470B1
Application number: KR1020180045807A
Authority: KR
Inventors: 임영빈
Original assignee: 엘에스일렉트릭(주)
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2023-08-03
Also published as: KR20190122104A

Abstract

보호 계전기 및 이의 오동작 방지 방법에 대해 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기는 송배전 선로나 전력 계통의 전압 또는 전류를 샘플링하고, 샘플링 데이터를 소스 데이터로 이용해서 미리 설정된 계전 알고리즘 연산을 수행함으로써 상기 샘플링 데이터와 1차 연산 결과 데이터를 전송하는 하는 신호 처리 회로부, 및 샘플링 데이터를 수신하고 샘플링 데이터를 이용해서 미리 설정된 계전 알고리즘을 수행함으로써 2차 연산 결과 데이터를 생성하고, 1차 및 2차 연산 데이터의 비교 결과에 따라 계통 전력의 이상 발생을 판단하는 연산 처리 회로부를 포함하는바, 송배전 선로나 전력 계통의 계전 요소들을 이중으로 검증하여, 노이즈 및 전자기적 간섭 등의 외부 영향에 따른 오동작을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

보호 계전기 및 이의 오동작 방지 방법{PROTECTIVE RELAY AND METHOD FOR PREVENTING OPERATION ERROR THEREOF}

본 발명은 송배전 선로나 전력 계통의 계전 요소들을 이중으로 검증하여, 노이즈 및 전자기적 간섭 등의 외부 영향에 따른 오동작을 방지할 수 있도록 한 보호 계전기 및 이의 오동작 방지 방법에 관한 것이다.

송배전 선로, 전력 계통, 특정 전력 설비 등에 고장이 발생하면 과전압, 부족전압, 과전류, 주파수 변동 등이 발생하여, 전력 공급에 지장을 초래하고 설비에도 악영향을 미치게 된다. 이에, 고장 초기에 신속히 고장 구간을 전력 설비 등과 분리하여 고장에 따른 악영향을 최소화해야 한다.

이를 위해, 송배전 선로나 전력 계통 등에는 고장 여부를 실시간으로 감지하여, 고장 발생시 빠르게 차단기 등을 동작시키기 위한 장치들이 구성된다. 이렇게 송배전 선로나 전력 계통의 전력을 감지하여 고장 발생시 전력을 차단시키기 위한 장치로는 보호 계전기(Protection Relay), 전원 관리 유닛(PMU, Power Management Unit), 전력 계측기(Power Meter) 등이 이용된다.

보호 계전기, PMU, 전력 계측기 등은 전류 변성기(CT: Current Transformer)와 전압 변성기(PT: Potential Transformer) 등을 이용해 송배전 선로나 전력 계통 등의 아날로그 전압을 검출한다. 그리고 아날로그-디지털 변환기를 통해 아날로그 검출 전압을 디지털 값으로 변환하며, 지능형 전자장치(Intelligent Electronic Device) 등을 이용해서 송배전 선로나 전력 계통 등의 고장을 진단한다.

종래의 보호 계전기 등은 디지털 신호처리 회로들이 구성된 신호처리 보드에서 계통 전력을 검출하여 위상, 열량, 전압 크기 변화 등의 계전 요소들을 선택적으로 구분하고, 구분된 계전 요소들을 연산 처리 보드로 전송하였다. 그리고 연산 처리 보드에서는 미리 설정된 계전 알고리즘을 수행하고 연산해서 전력 계통의 이상 발생 또는 고장 등을 판단하였다. 여기서, 신호처리 보드는 연산 처리 보드와 미리 설정된 데이터 통신을 수행하여 신호처리 보드의 계전 요소들에 대한 신호를 연산 처리 보드로 전송하였다.

하지만, 종래의 보호 계전기와 같이, 신호처리 보드에서 연산 처리 보드로 계전 요소들에 따른 신호를 연속해서 전송하게 되면, 신호 전송 과정에서 전자기적 간섭이나 노이즈 등의 외부 영향을 받을 수밖에 없었다. 이 때문에, 신호처리 보드에서 연산 처리 보드로 전송되는 신호들은 외부 영향을 받아 왜곡되고, 그에 따른 오동작이 발생하기도 하였다.

이렇게, 종래에는 신호처리 보드에서 연산 처리 보드로 전송되는 계전 요소들에 대한 신호를 일방향에서 일방적으로 처리 및 분석하고, 이상 발생 및 고장 여부를 분석했기 때문에, 전송된 신호들에 대한 정합성을 고려하지 못하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 송배전 선로나 전력 계통의 계전 요소들을 신호처리 보드와 연산 처리 보드에서 이중으로 연산하고 비교 검증함으로써, 신호처리 보드에서 연산 처리 보드로 전송되는 계전 요소들에 대한 정합성을 높이고, 노이즈 및 전자기적 간섭 등의 외부 영향에 따른 오동작을 방지할 수 있도록 한 보호 계전기 및 이의 오동작 방지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명에서는 위상, 열량, 불평형, 정상분, 역상분, 영상분, 최대, 최소값 등 전력 계통의 계전 요소를 검증하기 위한 샘플링 데이터, 및 검증 과정을 수행한 이후의 1차 연산 결과 데이터를 모두 신호처리 보드에서 연산 처리 보드로 전송한다. 그리고 연산 처리 보드에서는 신호처리 보드로부터 수신된 샘플링 데이터로 2차 연산 및 검증 과정을 수행하고, 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터를 비교 검증하도록 한다.

이에, 본 발명에서는 결과적으로 보호 계전을 수행하는 구성 요소들의 고장 검출 정확성과 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있는 보호 계전기 및 이의 오동작 방지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 바와 같은 다양한 기술 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기는 송배전 선로나 전력 계통의 전압 또는 전류를 샘플링하고, 샘플링 데이터를 소스 데이터로 이용해서 미리 설정된 계전 알고리즘 연산을 수행함으써 얻어진 1차 연산 결과 데이터를 출력하는 하는 신호 처리 회로부, 샘플링 데이터를 이용해서 미리 설정된 계전 알고리즘을 수행함으로써 2차 연산 결과 데이터를 생성하고, 1차 및 2차 연산 데이터의 비교 결과에 따라 계통 전력의 이상 발생을 판단하는 연산 처리 회로부, 및 계통 전력의 이상 발생 판단시 계통 전력을 차단하는 차단기를 포함를 포함한다.

신호 처리 회로부는 연산 처리 회로부와 UDP(User Datagram Protocol), TCP(Transmission Control Protocol), 이더넷(Ethernet) 중 적어도 하나의 통신 프로토콜로 연계된다.

연산 처리 회로부는 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터를 비교하여 비교 결과가 동일하면 계전 동작을 수행하면서 계통 전력의 흐름을 유지시키며, 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터의 비교 결과가 상이하면 차단기를 트립시켜서 계통 전력의 흐름을 차단 시킨다.

샘플링 데이터는 계통 전력의 위상, 열량, 불평형, 정상분, 역상분, 영상분, 최대, 최소값 중 적어도 하나의 계전 요소를 검증하기 위한 소스 입력 값을 포함하는 소스 입력 데이터이며, 적어도 하나의 계전 알고리즘은 적어도 하나의 계전 요소를 주파수 영역에서 분석하기 위해 수행되는 이산 푸리에 변환 알고리즘, 디지털 샘플 데이터 비교 알고리즘, 주파수 비교 분석 알고리즘, 디지털 신호처리 알고리즘 중 적어도 하나의 분석 알고리즘을 포함한다.

신호 처리 회로부는 전류 변성기와 전압 변성기 중 적어도 하나의 변성기를 이용해서 상기 송배전 선로나 상기 전력 계통의 전압 또는 전류를 실시간으로 검출하는 검출부, 전력 계통의 전압 또는 전류 변화에 따른 위상, 열량, 불평형, 정상분, 역상분, 영상분, 최대, 최소값 중 적어도 하나의 계전 요소를 검증하기 복수의 입력 값을 포함하는 샘플링 데이터를 생성 및 출력하는 샘플링 데이터 추출부, 및 샘플링 데이터의 입력 값들을 이용해서 상기 미리 설정된 적어도 하나의 계전 알고리즘 연산을 수행함으로써 1차 연산 결과 데이터를 생성 및 출력하는 제1 계전 알고리즘 연산부를 포함한다.

연산 처리 회로부는 샘플링 데이터 추출부로부터 샘플링 데이터를 수신해서 저장하고 상기 저장된 샘플링 데이터를 공유하는 샘플링 데이터 저장부, 샘플링 데이터의 소스 입력 값들을 이용해서 미리 설정된 적어도 하나의 계전 알고리즘 연산을 수행함으로써 2차 연산 결과 데이터를 생성 및 출력하는 제2 계전 알고리즘 연산부, 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터를 비교하여 비교 결과가 동일하면 계전 동작 제어신호를 출력하고, 상기 비교 결과가 상이하면 차단 신호를 출력하는 연산 데이터 비교부, 계전 동작 제어신호에 응답하여 계통 전력의 흐름이 유지되도록 상기 전력 계통의 계전 동작을 수행하는 계전 동작 제어부, 및 차단 신호에 응답하여 트립 제어신호를 차단기로 전송하여 계통 전력의 흐름을 차단하는 전력 차단 제어부를 포함한다.

또한, 전술한 바와 같은 다양한 기술 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기의 오동작 방지 방법은 송배전 선로나 전력 계통의 전압 또는 전류를 샘플링하여 샘플링 데이터를 생성하는 단계, 샘플링 데이터를 소스 데이터로 이용해서 미리 설정된 계전 알고리즘 연산을 수행함으로써 1차 연산 결과 데이터를 생성하고, 1차 연산 결과 데이터를 출력하는 단계, 샘플링 데이터를 이용해서 미리 설정된 계전 알고리즘을 수행함으로써 2차 연산 결과 데이터를 생성하고, 1차 및 2차 연산 데이터의 비교 결과에 따라 계통 전력의 이상 발생을 판단하는 단계, 및 계통 전력의 이상 발생 판단시 계통 전력을 차단하는 단계를 포함한다.

이상 발생을 판단하는 단계는 신호 처리 회로부로부터의 샘플링 데이터를 연산 처리 회로부에서 이더넷 통신 프로토콜 방식을 이용해서 실시간으로 수신하는 단계, 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터를 비교하여 비교 결과가 동일하면 계전 동작을 수행하면서 계통 전력의 흐름을 유지시키는 단계, 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터의 비교 결과가 상이하면 차단기를 트립시켜서 계통 전력의 흐름을 차단하는 단계를 포함한다.

또한, 1차 연산 결과 데이터를 출력하는 단계는 전류 변성기와 전압 변성기 중 적어도 하나의 변성기를 이용해서 상기 송배전 선로나 상기 전력 계통의 전압 또는 전류를 실시간으로 검출하는 단계, 전력 계통의 전압 또는 전류 변화에 따른 위상, 열량, 불평형, 정상분, 역상분, 영상분, 최대, 최소값 중 적어도 하나의 계전 요소를 검증하기 복수의 입력 값을 포함하는 샘플링 데이터를 생성 및 출력하는 단계, 및 샘플링 데이터의 입력 값들을 이용해서 미리 설정된 적어도 하나의 계전 알고리즘 연산을 수행함으로써 1차 연산 결과 데이터를 생성 및 출력하는 단계를 포함한다.

이상 발생을 판단하는 단계는 샘플링 데이터를 저장하고 상기 저장된 샘플링 데이터를 공유하는 단계, 샘플링 데이터의 소스 입력 값들을 이용해서 미리 설정된 적어도 하나의 계전 알고리즘 연산을 수행함으로써 2차 연산 결과 데이터를 생성 및 출력하는 단계, 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터를 비교하여 비교 결과가 동일하면 계전 동작 제어신호를 출력하고, 비교 결과가 상이하면 차단 신호를 출력하는 단계. 계전 동작 제어신호에 응답하여 계통 전력의 흐름이 유지되도록 상기 전력 계통의 계전 동작을 수행하는 단계. 및 차단 신호에 응답하여 트립 제어신호를 상기 차단기로 전송하여 계통 전력의 흐름을 차단시키는 단계를 포함한다.

전술한 바와 같은 다양한 기술 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기는 송배전 선로나 전력 계통의 계전 요소들을 신호 처리 회로부와 연산 처리 회로부에서 이중으로 연산하고 비교 검증한다. 이로 인해, 신호 처리 회로부에서 연산 처리 회로부로 전송되는 계전 요소들에 대한 정합성을 높일 수 있으며, 노이즈 및 전자기적 간섭 등의 외부 영향에 따른 오동작을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 보호 계전기에서는 위상, 열량, 불평형, 정상분, 역상분, 영상분, 최대, 최소값 등 전력 계통의 계전 요소를 검증하기 위한 샘플링 데이터, 및 검증 과정을 수행한 이후의 1차 연산 결과 데이터를 모두 신호 처리 회로부에서 연산 처리 회로부로 전송한다. 그리고 연산 처리 회로부에서 신호 처리 회로부로부터 수신된 샘플링 데이터로 2차 연산 및 검증 과정을 수행하고, 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터를 비교 검증할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 보호 계전기는 보호 계전을 수행하는 구성 요소들의 고장 검출 정확성과 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기 구성을 나타낸 구성 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 신호 처리 회로부 및 연산 처리 회로부를 구체적으로 나타낸 구성 블록도이다.
도 3은 도 1의 신호 처리 회로부에서 검출된 샘플링 데이터 및 그 연산 방법을 설명하기 위한 파형도이다.
도 4는 도 1에 도시된 보호 계전기의 계통 전력 이상 검출 방법 및 오동작 방지 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

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 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

이하, 본 발명의 보호 계전기 및 이의 오동작 방지 방법에 관하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기 구성을 나타낸 구성 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 보호 계전기는 신호 처리 회로부(110), 연산 처리 회로부(120), 및 차단기(130)를 포함한다.

신호 처리 회로부(110)는 신호 처리 보드나 패널 형태로 구성되며, UDP(User Datagram Protocol), TCP(Transmission Control Protocol), 이더넷(Ethernet) 중 적어도 하나의 통신 모듈이 구비되어 연산 처리 회로부(120)와 이더넷 등의 통신 프로토콜로 연계된다. 이러한 신호 처리 회로부(110)는 송배전 선로나 전력 계통의 전압 또는 전류를 샘플링해서 샘플링 데이터를 생성한다. 그리고 샘플링 데이터를 소스 데이터로 이용해서 미리 설정된 계전 알고리즘 연산을 수행함으로써, 샘플링 데이터와 1차 연산 결과 데이터를 이더넷 통신으로 송출한다.

구체적으로, 신호 처리 회로부(110)는 송배전 선로나 전력 계통으로부터 3상(Va,Vb,Vc)의 아날로그 전압과 전류를 검출할 수 있으며, 검출된 3상 전류와 전압을 미리 설정된 주기 및 기간 단위로 샘플링해서 디지털 신호로 변환한다.

신호 처리 회로부(110)는 계통 전력의 전류와 전압(예를 들어, 3상 전류 및 전압)을 샘플링하고 디지털 신호로 변환하는 과정에서 전류와 전압에 대한 계전 요소를 검증하기 위한 소스 입력 데이터, 즉 샘플링 데이터를 검출한다. 구체적으로, 샘플링 데이터는 계통 전력에서 검출된 전류와 전압의 위상, 열량, 불평형, 정상분, 역상분, 영상분, 최대, 최소값 중 적어도 하나의 계전 요소를 분석하고 검증하기 위한 소스 입력 값이 포함된 데이터이다.

신호 처리 회로부(110)는 검출된 샘플링 데이터를 연산 처리 회로부(120)로 전송함과 별도로, 샘플링 데이터의 소스 입력 값들을 이용해서 미리 설정된 적어도 하나의 계전 알고리즘 연산을 수행한다. 그리고 적어도 하나의 계전 알고리즘 연산 결과에 따라 1차 연산 결과 데이터가 산출되면, 1차 연산 결과 데이터를 연산 처리 회로부(120)로 전송한다. 여기서, 수행되는 계전 알고리즘은 계통 전력에서 검출된 전류와 전압을 주파수 영역에서 분석하기 위해 수행되는 이산 푸리에 변환 알고리즘, 디지털 샘플 데이터 비교 알고리즘, 주파수 비교 분석 알고리즘, 디지털 신호처리 알고리즘 중 적어도 하나의 분석 알고리즘이 될 수 있다.

연산 처리 회로부(120)는 실시간으로 신호 처리 회로부(110)로부터의 샘플링 데이터를 수신한다. 그리고 연산 처리 회로부(120)는 수신된 샘플링 데이터를 이용해서 미리 설정된 계전 알고리즘을 수행함으로써, 2차 연산 결과 데이터를 생성한다. 연산 처리 회로부(120)에서 수행되는 계전 알고리즘은 신호 처리 회로부(110)에서 수행되는 알고리즘과 동일하게 적용 및 수행된다. 이후, 연산 처리 회로부(120)는 신호 처리 회로부(110)로부터 수신된 1차 연산 결과 데이터와 자체 생성된 2차 연산 결과 데이터를 비교한다.

이에, 연산 처리 회로부(120)는 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터를 비교한 비교 결과가 동일하면, 계통 전력 흐름이 유지되도록 전력 계통의 계전 동작을 수행시킨다. 반면, 연산 처리 회로부(120)는 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터를 비교한 비교 결과가 상이하면 차단기(130)를 트립시켜서 계통 전력의 흐름을 차단시킨다.

이러한, 연산 처리 회로부(120)는 신호 처리 회로부(110)와는 별도의 연산 처리 보드나 패널 형태로 구성되며, 신호 처리 회로부(110)와 마찬가지로 UDP, TCP 등의 이더넷 통신 모듈이 구비되어 신호 처리 회로부(110)와 이더넷 통신 프로토콜로 연계된다. 연산 처리 회로부(120)는 차단기(130)와도 별도로 이더넷 통신 프로토콜로 연계되어, 계통 전력의 이상 발생 판단 결과에 따라 차단기(130)를 통해 계통 전력을 차단한다. 계통 전력의 이상 발생 판단 결과는 별도의 전력선 통신 (PLC; Power Line Communication)을 통해 사용자나 상위 전력 관리 시스템으로 전송된다.

도 2는 도 1에 도시된 신호 처리 회로부 및 연산 처리 회로부를 구체적으로 나타낸 구성 블록도이다.

도 2를 참조하면, 먼저 신호 처리 회로부(110)는 검출부(111), 샘플링 데이터 추출부(112), 제1 계전 알고리즘 연산부(113)를 포함한다.

검출부(111)는 전류 변성기(CT: Current Transformer)와 전압 변성기(PT: Potential Transformer) 중 적어도 하나의 변성기를 이용해서 송배전 선로나 전력 계통 등의 아날로그 전압 또는 전류를 실시간으로 검출한다.

샘플링 데이터 추출부(112)는 검출부(111)에서 검출된 계통 전력의 전류와 전압(예를 들어, 3상 전류 및 전압)을 샘플링하고 디지털 신호로 변환하는 과정에서 전류와 전압에 대한 계전 요소를 검증하기 위한 소스 입력 데이터, 즉 샘플링 데이터를 검출한다. 다시 말해, 샘플링 데이터 추출부(112)는 전력 계통의 전압 또는 전류 변화에 따른 위상, 열량, 불평형, 정상분, 역상분, 영상분, 최대, 최소값 중 적어도 하나의 계전 요소를 검증하기 복수의 소스 입력 값을 포함하는 샘플링 데이터를 생성한다. 샘플링 데이터 추출부(112)는 실시간으로 생성된 샘플링 데이터를 제1 계전 알고리즘 연산부(113)로 전송함과 아울러, 생성된 샘플링 데이터를 이더넷 통신 모듈을 통해 연산 처리 회로부(120)로 전송한다.

제1 계전 알고리즘 연산부(113)는 샘플링 데이터 추출부(112)로부터 제공된 샘플링 데이터의 소스 입력 값들을 이용해서 미리 설정된 적어도 하나의 계전 알고리즘 연산을 수행한다. 이때, 수행되는 적어도 하나의 계전 알고리즘은 계통 전력에서 검출된 전류와 전압을 주파수 영역에서 분석하기 위해 수행되는 이산 푸리에 변환 알고리즘, 디지털 샘플 데이터 비교 알고리즘, 주파수 비교 분석 알고리즘, 디지털 신호처리 알고리즘 중 적어도 하나의 분석 알고리즘이 될 수 있다.

제1 계전 알고리즘 연산부(113)는 이산 푸리에 변환 알고리즘 등의 분석 알고리즘 수행 결과에 따라 1차 연산 결과 데이터를 생성하고, 생성된 1차 연산 결과 데이터는 이더넷 통신 모듈을 이용해 연산 처리 회로부(120)로 전송한다.

반면, 연산 처리 회로부(120)는 샘플링 데이터 저장부(121), 제2 계전 알고리즘 연산부(122), 비교부(123), 계전 동작 제어부(124), 및 전력 차단 제어부(125)를 포함한다.

구체적으로, 샘플링 데이터 저장부(121)는 이더넷 통신 모듈을 통해 샘플링 데이터 추출부(112)로부터 수신된 샘플링 데이터를 저장한다. 그리고 저장된 샘플링 데이터를 제2 계전 알고리즘 연산부(122)와 공유한다. 또한, 샘플링 데이터 저장부(121)는 이더넷 통신 모듈을 통해 제1 계전 알고리즘 연산부(113)로부터 1차 연산 결과 데이터를 수신하여 저장할 수 있다. 이렇게 샘플링 데이터 저장부(121)에 저장된 1차 연산 결과 데이터는 제2 계전 알고리즘 연산부(122)와 비교부(123) 등과 공유한다.

제2 계전 알고리즘 연산부(122)는 샘플링 데이터 저장부(121)로부터 제공되는 샘플링 데이터의 소스 입력 값들을 이용해서 미리 설정된 적어도 하나의 계전 알고리즘 연산을 수행한다. 전술한 바와 같이, 제2 계전 알고리즘 연산부(122)에서 수행되는 계전 알고리즘은 신호 처리 회로부(110)에서 수행되는 계전 알고리즘과 동일한 계전 알고리즘이 수행된다.

이에, 제2 계전 알고리즘 연산부(122)는 이산 푸리에 변환 알고리즘 등의 분석 알고리즘 수행 결과에 따라 2차 연산 결과 데이터를 생성하고, 생성된 2차 연산 결과 데이터는 연산 데이터 비교부(123)로 전송한다.

비교부(123)는 샘플링 데이터 저장부(121)로부터 1차 연산 결과 데이터를 읽어들인 후, 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터를 비교한다. 그리고 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터의 비교 결과가 동일하면, 계전 동작 제어신호를 계전 동작 제어부(124)로 전송한다. 반면, 그리고 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터의 비교 결과가 다르면 차단 신호를 전력 차단 제어부(125)로 전송한다.

계전 동작 제어부(124)는 비교부(123)로부터 계전 동작 제어신호가 수신되면, 수신된 계전 동작 제어신호에 응답하여 계통 전력의 흐름이 유지되도록 전력 계통의 계전 동작을 수행한다.

반면, 전력 차단 제어부(125)에서는 비교부(123)로부터 차단 신호가 수신되면, 수신된 차단 신호에 응답하여 트립 제어신호를 차단기(130)로 전송하여 계통 전력의 흐름을 차단 시킨다.

도 3은 도 1의 신호 처리 회로부에서 검출된 샘플링 데이터 및 그 연산 방법을 설명하기 위한 파형도이다.

도 3을 참조하면, 샘플링 데이터 추출부(112)는 검출부(111)에서 검출된 3상(Va,Vb,Vc)의 아날로그 전압과 전류를 샘플링하고 디지털 신호로 변환하는 과정에서 전류와 전압에 대한 계전 요소를 검증하기 위한 소스 입력 값들을 추출하게 된다.

계전 요소를 검증하기 위한 소스 입력 값들은 샘플링 주기(ht), 주기별 샘플링 수, 샘플링 주파수(Ph), 3상(Va,Vb,Vc) 전압별 크기(V), 3상(Va,Vb,Vc) 전압별 정극성 전압 크기(Dv), 3상(Va,Vb,Vc) 전압별 부극성 전압 크기(Sv), 3상(Va,Vb,Vc) 전류의 전류량, 주파수 크기 등이 될 수 있다.

이러한 소스 입력 값들은 위상, 열량, 불평형, 정상분, 역상분, 영상분, 최대, 최소값 등의 계전 요소에 따라 각각 달리 필요하므로, 샘플링 데이터 추출부(112)는 제1 계전 알고리즘 연산부(113)와 제2 계전 알고리즘 연산부(122)에서 분석 및 검증하고자 하는 계전 알고리즘에 따라 필요한 소스 입력 값들을 추출하여 샘플링 데이터를 생성한다.

그리고 제1 계전 알고리즘 연산부(113)와 제2 계전 알고리즘 연산부(122)에서는 샘플링 데이터 추출부(112)로부터 제공된 샘플링 데이터의 소스 입력 값들을 이용해서 이산 푸리에 변환 알고리즘, 디지털 샘플 데이터 비교 알고리즘, 주파수 비교 분석 알고리즘, 디지털 신호처리 알고리즘 등의 분석 알고리즘을 수행하게 된다.

도 4는 도 1에 도시된 보호 계전기의 계통 전력 이상 검출 방법 및 오동작 방지 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 4를 참조하며, 본 발명에 따른 보호 계전기의 계통 전력 이상 검출 방법 및 오동작 방지 제어 방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 검출부(111)에서는 송배전 선로, 전력 계통, 변전 설비 등으로부터 3상의 아날로그 전압 또는 전류를 실시간으로 검출하고, 이를 샘플링 데이터 추출부(112)로 전송한다.(ST1)

이에, 샘플링 데이터 추출부(112)에서는 제1 계전 알고리즘 연산부(113)와 제2 계전 알고리즘 연산부(122)에서 분석 및 검증하고자 하는 계전 알고리즘에 따라 필요한 소스 입력 값들을 추출하여 샘플링 데이터를 생성한다.(ST2) 그리고 샘플링 데이터 추출부(112)는 자체 생성된 샘플링 데이터를 실시간으로 제1 계전 알고리즘 연산부(113)로 전송함과 아울러, 생성된 샘플링 데이터를 이더넷 통신 모듈을 통해 연산 처리 회로부(120)로 전송한다.(ST3)

제1 계전 알고리즘 연산부(113)에서는 샘플링 데이터 추출부(112)로부터 제공된 샘플링 데이터의 소스 입력 값들을 이용해서 이산 푸리에 변환 알고리즘, 디지털 샘플 데이터 비교 알고리즘 등의 미리 설정된 적어도 하나의 계전 알고리즘 연산을 수행한다.(ST4)

이때, 제2 계전 알고리즘 연산부(122)에서도 샘플링 데이터 저장부(121)로부터 제공되는 샘플링 데이터의 소스 입력 값들을 이용해서 이산 푸리에 변환 알고리즘, 디지털 샘플 데이터 비교 알고리즘 등의 미리 설정된 적어도 하나의 계전 알고리즘 연산을 수행한다.(ST5)

비교부(123)에서는 제1 계전 알고리즘 연산부(113)에서 검출된 1차 연산 결과 데이터를 샘플링 데이터 저장부(121)로부터 읽어들인 후, 1차 연산 결과 데이터와 제2 계전 알고리즘 연산부(122)의 2차 연산 결과 데이터를 비교한다.

이어, 비교부(123)에서는 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터의 비교 결과가 동일하면, 계전 동작 제어신호를 계전 동작 제어부(124)로 전송한다. 반면, 그리고 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터의 비교 결과가 다르면 차단 신호를 전력 차단 제어부(125)로 전송한다.(ST6)

계전 동작 제어부(124)는 비교부(123)로부터 계전 동작 제어신호가 수신되면, 수신된 계전 동작 제어신호에 응답하여 계통 전력의 흐름이 유지되도록 전력 계통의 계전 동작을 수행한다.(ST7)

반면, 전력 차단 제어부(125)에서는 비교부(123)로부터 차단 신호가 수신되면, 수신된 차단 신호에 응답하여 트립 제어신호를 차단기(130)로 전송하여 계통 전력의 흐름을 차단 시킨다.(ST8)

이렇게, 전술한 바와 같은 기술 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 보호 계전기는 송배전 선로나 전력 계통의 계전 요소들을 신호 처리 회로부(110)와 연산 처리 회로부(120)에서 이중으로 연산하고 비교 검증한다.

이로 인해, 신호 처리 회로부(110)에서 연산 처리 회로부(120)로 전송되는 계전 요소들에 대한 정합성을 높일 수 있으며, 노이즈 및 전자기적 간섭 등의 외부 영향에 따른 오동작을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 보호 계전기에서는 위상, 열량, 불평형, 정상분, 역상분, 영상분, 최대, 최소값 등 전력 계통의 계전 요소를 검증하기 위한 샘플링 데이터, 및 검증 과정을 수행한 이후의 1차 연산 결과 데이터를 모두 신호 처리 회로부(110)에서 연산 처리 회로부(120)로 전송한다. 그리고 연산 처리 회로부(110)에서 신호 처리 회로부(120)로부터 수신된 샘플링 데이터로 2차 연산 및 검증 과정을 수행하고, 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터를 비교 검증할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 보호 계전기는 보호 계전을 수행하는 구성 요소들의 고장 검출 정확성과 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

110: 신호 처리 회로부
111: 검출부
112: 샘플링 데이터 추출부
113: 제1 계전 알고리즘 연산부
120: 연산 처리 회로부
121: 샘플링 데이터 저장부
122: 제2 계전 알고리즘 연산부
123: 연산 데이터 비교부
124: 계전 동작 제어부
125: 전력 차단 제어부
130: 차단기

Claims

송배전 선로나 전력 계통의 전압 또는 전류를 샘플링하고, 샘플링 데이터를 소스 데이터로 이용해서 미리 설정된 계전 알고리즘 연산을 수행함으로써 얻어진 1차 연산 결과 데이터를 출력하는 하는 신호 처리 회로부;
상기 샘플링 데이터를 이용해서 상기 신호 처리 회로부에서 수행한 상기 미리 설정된 계전 알고리즘을 동일하게 적용 및 수행하여 2차 연산 결과 데이터를 생성하고, 상기 1차 및 2차 연산 데이터의 비교 결과에 따라 계통 전력의 이상 발생을 판단하는 연산 처리 회로부; 및
상기 계통 전력의 이상 발생 판단시 상기 계통 전력을 차단하는 차단기를 포함하며,
상기 신호 처리 회로부는
상기 연산 처리 회로부와 통신 프로토콜로 연계되는,
보호 계전기.
제 1 항에 있어서,
상기 통신 프로토콜은
UDP(User Datagram Protocol), TCP(Transmission Control Protocol), 이더넷(Ethernet) 중 적어도 하나를 포함하는,
보호 계전기.
제 1 항에 있어서,
상기 연산 처리 회로부는
상기 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터를 비교하여 비교 결과가 동일하면 계전 동작을 수행하면서 상기 계통 전력의 흐름을 유지시키며,
상기 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터의 비교 결과가 상이하면 상기 차단기를 트립시켜서 상기 계통 전력의 흐름을 차단시키는,
보호 계전기.
제 1 항에 있어서,
상기 샘플링 데이터는
상기 계통 전력의 위상, 열량, 불평형, 정상분, 역상분, 영상분, 최대, 최소값 중 적어도 하나의 계전 요소를 검증하기 위한 소스 입력 값을 포함하는 소스 입력 데이터이며,
상기 적어도 하나의 계전 알고리즘은
상기 적어도 하나의 계전 요소를 주파수 영역에서 분석하기 위해 수행되는 이산 푸리에 변환 알고리즘, 디지털 샘플 데이터 비교 알고리즘, 주파수 비교 분석 알고리즘, 디지털 신호처리 알고리즘 중 적어도 하나의 분석 알고리즘을 포함하는,
보호 계전기.
제 1 항에 있어서,
상기 신호 처리 회로부는
전류 변성기와 전압 변성기 중 적어도 하나의 변성기를 이용해서 상기 송배전 선로나 상기 전력 계통의 전압 또는 전류를 실시간으로 검출하는 검출부;
상기 전력 계통의 전압 또는 전류 변화에 따른 위상, 열량, 불평형, 정상분, 역상분, 영상분, 최대, 최소값 중 적어도 하나의 계전 요소를 검증하기 복수의 입력 값을 포함하는 상기 샘플링 데이터를 생성 및 출력하는 샘플링 데이터 추출부; 및
상기 샘플링 데이터의 입력 값들을 이용해서 상기 미리 설정된 적어도 하나의 계전 알고리즘 연산을 수행함으로써 상기 1차 연산 결과 데이터를 생성 및 출력하는 제1 계전 알고리즘 연산부를 포함하는,
보호 계전기.
제 5 항에 있어서,
상기 연산 처리 회로부는
상기 샘플링 데이터 추출부로부터 상기 샘플링 데이터를 수신해서 저장하고 상기 저장된 샘플링 데이터를 공유하는 샘플링 데이터 저장부;
상기 샘플링 데이터의 소스 입력 값들을 이용해서 상기 미리 설정된 적어도 하나의 계전 알고리즘 연산을 수행함으로써 상기 2차 연산 결과 데이터를 생성 및 출력하는 제2 계전 알고리즘 연산부;
상기 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터를 비교하여 비교 결과가 동일하면 계전 동작 제어신호를 출력하고, 상기 비교 결과가 상이하면 차단 신호를 출력하는 연산 데이터 비교부;
상기 계전 동작 제어신호에 응답하여 상기 계통 전력의 흐름이 유지되도록 상기 전력 계통의 계전 동작을 수행하는 계전 동작 제어부; 및
상기 차단 신호에 응답하여 트립 제어신호를 상기 차단기로 전송하여 상기 계통 전력의 흐름을 차단시키는 전력 차단 제어부를 포함하는,
보호 계전기.
송배전 선로나 전력 계통의 전압 또는 전류를 샘플링하여 샘플링 데이터를 생성하는 단계;
상기 샘플링 데이터를 소스 데이터로 이용해서 미리 설정된 계전 알고리즘 연산을 수행함으로써 얻어진 1차 연산 결과 데이터를 출력하는 단계;
상기 샘플링 데이터를 이용해서 미리 설정된 계전 알고리즘을 수행함으로써 2차 연산 결과 데이터를 생성하고, 상기 1차 및 2차 연산 데이터의 비교 결과에 따라 계통 전력의 이상 발생을 판단하는 단계; 및
상기 계통 전력의 이상 발생 판단시 상기 계통 전력을 차단하는 단계를 포함하는,
보호 계전기의 오동작 방지 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 이상 발생을 판단하는 단계는
상기 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터를 비교하여 비교 결과가 동일하면 계전 동작을 수행하면서 상기 계통 전력의 흐름을 유지시키는 단계;
상기 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터의 비교 결과가 상이하면 차단기를 트립시켜서 상기 계통 전력의 흐름을 차단시키는 단계를 포함하는,
보호 계전기의 오동작 방지 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 샘플링 데이터는
상기 계통 전력의 위상, 열량, 불평형, 정상분, 역상분, 영상분, 최대, 최소값 중 적어도 하나의 계전 요소를 검증하기 위한 소스 입력 값을 포함하는 소스 입력 데이터이며,
상기 적어도 하나의 계전 알고리즘은
상기 적어도 하나의 계전 요소를 주파수 영역에서 분석하기 위해 수행되는 이산 푸리에 변환 알고리즘, 디지털 샘플 데이터 비교 알고리즘, 주파수 비교 분석 알고리즘, 디지털 신호처리 알고리즘 중 적어도 하나의 분석 알고리즘을 포함하는,
보호 계전기의 오동작 방지 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 1차 연산 결과 데이터를 출력하는 단계는
전류 변성기와 전압 변성기 중 적어도 하나의 변성기를 이용해서 상기 송배전 선로나 상기 전력 계통의 전압 또는 전류를 실시간으로 검출하는 단계;
상기 전력 계통의 전압 또는 전류 변화에 따른 위상, 열량, 불평형, 정상분, 역상분, 영상분, 최대, 최소값 중 적어도 하나의 계전 요소를 검증하기 복수의 입력 값을 포함하는 상기 샘플링 데이터를 생성 및 출력하는 단계; 및
상기 샘플링 데이터의 입력 값들을 이용해서 상기 미리 설정된 적어도 하나의 계전 알고리즘 연산을 수행함으로써 상기 1차 연산 결과 데이터를 생성 및 출력하는 단계를 포함하는,
보호 계전기의 오동작 방지 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 이상 발생을 판단하는 단계는
상기 샘플링 데이터를 저장하고 상기 저장된 샘플링 데이터를 공유하는 단계;
상기 샘플링 데이터의 소스 입력 값들을 이용해서 상기 미리 설정된 적어도 하나의 계전 알고리즘 연산을 수행함으로써 상기 2차 연산 결과 데이터를 생성 및 출력하는 단계;
상기 1차 연산 결과 데이터와 2차 연산 결과 데이터를 비교하여 비교 결과가 동일하면 계전 동작 제어신호를 출력하고, 상기 비교 결과가 상이하면 차단 신호를 출력하는 단계;
상기 계전 동작 제어신호에 응답하여 상기 계통 전력의 흐름이 유지되도록 상기 전력 계통의 계전 동작을 수행하는 단계; 및
상기 차단 신호에 응답하여 트립 제어신호를 차단기로 전송하여 상기 계통 전력의 흐름을 차단시키는 단계를 포함하는,
보호 계전기의 오동작 방지 방법.