KR102689374B1 - Method of Comparatively Evaluating Dynamic Performances of Digital Protection Relays - Google Patents

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Abstract

복수의 디지털 보호 계전기들의 동적 성능을 비교평가하는 방법이 개시된다. 디지털 보호 계전기들의 동적 성능 비교평가 방법은, 전력망에 설치되는 복수의 계전기들에 대한 시험 데이터를 수집하는 단계, 시험 데이터에 대한 성능 지표 점수를 계산하는 단계, 및 성능 지표 점수를 결합하고 일반화하는 단계를 포함하고, 일반화된 각 계전기의 총 성능 점수를 토대로 복수의 계전기들의 동적 성능을 비교평가한 결과를 얻는다.A method for comparatively evaluating the dynamic performance of a plurality of digital protection relays is disclosed. The dynamic performance comparative evaluation method of digital protection relays includes the steps of collecting test data for a plurality of relays installed in the power grid, calculating performance index scores for the test data, and combining and generalizing the performance index scores. Including, the results of a comparative evaluation of the dynamic performance of a plurality of relays are obtained based on the total performance score of each generalized relay.

Description

디지털 보호 계전기들의 동적 성능 비교평가 방법{Method of Comparatively Evaluating Dynamic Performances of Digital Protection Relays}{Method of Comparatively Evaluating Dynamic Performances of Digital Protection Relays}

본 발명은 전기 장치의 성능 평가 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 디지털 보호 계전기들의 동적 성능을 비교평가하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for evaluating the performance of an electrical device, and more specifically, to a method for comparatively evaluating the dynamic performance of a plurality of digital protection relays.

고장 보호 시스템은 근본적으로 발전원으로부터 부하까지 전력 전달 서비스의 연속성과 신뢰성 측면에서 중요한 역할을 한다. 계전기는 전압과 전류의 측정 및 처리, 고장 유형과 위치 발견, 전력망으로부터 고장을 고립시키는 작용을 하며, 디지털 보호 시스템의 기술은 이와 같은 계전기 동작의 정확성, 속도, 신뢰성을 향상시키도록 계속해서 개발되고 있다. 그리고, 더 높은 동작 성능을 가진 디지털 보호 계전기를 평가하고 설치하는 것은 전력망에서 서비스의 연속성을 향상시키는 데 필수적이다.Fault protection systems fundamentally play an important role in terms of continuity and reliability of power transmission services from generation sources to loads. Relays measure and process voltage and current, discover fault types and locations, and isolate faults from the power grid. Digital protection system technology continues to be developed to improve the accuracy, speed, and reliability of relay operation. there is. And, evaluating and installing digital protection relays with higher operating performance is essential to improve continuity of service in the power grid.

실제 전력망에서 적용하기 위해, 디지털 보호 계전기는 계전기 및 보호장비의 측정에 관한 국제전기기술위원회(International Electrotechnical Commission)의 표준인 IEC 60255 표준에 명시되어 있는 기능 및 일반 성능에 대한 최소 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위한 적합성 시험을 통과해야 한다.For application in real power grids, digital protective relays must meet the minimum requirements for functionality and general performance specified in the IEC 60255 standard, the International Electrotechnical Commission's standard for measurements of relays and protective equipment. Must pass a conformance test to confirm.

그런데, 적합성 시험의 결과는 합격 또는 불합격으로 정해지고, 수학적인 값 또는 성적으로 매겨지지 않는다. 따라서 적합성 시험만으로 상업화 계전기들의 상대적인 성능들을 비교하기 어렵고, 적합성 시험은 시스템 운영자가 더 좋은 성능을 가진 계전기를 선택하고 설치하는데 활용할 수 없다. 그러므로 상업화 계전기들의 동작 성능을 비교할 수 있도록 새로운 절차에 의해 계산되는 수학적인 지표들이 필요하다.However, the result of the conformance test is determined as pass or fail and is not given a mathematical value or grade. Therefore, it is difficult to compare the relative performances of commercialized relays through compliance testing alone, and compliance testing cannot be used by system operators to select and install relays with better performance. Therefore, mathematical indices calculated by new procedures are needed to compare the operational performance of commercialized relays.

지금까지 디지털 보호 계전기의 성능을 평가하는 연구가 많이 이루어져 왔다. 예를 들어, 아래 선행문헌 중 비특허문헌 1 내지 4에서는, 거리 계전기들이 측정 데이터를 처리하고 트립 신호를 발생하는 시간에 초점을 맞추어 시험되었다. 비특허문헌 2 내지 4는 성능을 평가하기 위해 고장 임피던스 추정의 정확성을 고려하였다. 비특허문헌 5와 6은 각각 변압기 및 선로에서의 고장에 대한 차등 계전기들의 시간 응답을 시험하였다. 비특허문헌 7 내지 9는 고장 위치 및 각도의 조건에 따라서 계전기의 동작 시간과 픽업 전류에 대한 과전류 보호 계전기의 협조 동작을 살펴보았다. 이외에도, 방향 과전류 계전기, 주파수 계전기에 대한 시험들이 이루어졌다(비특허문헌 10 및 11).To date, much research has been conducted to evaluate the performance of digital protection relays. For example, in Non-Patent Documents 1 to 4 of the prior literature below, distance relays were tested focusing on the time for processing measurement data and generating a trip signal. Non-patent documents 2 to 4 considered the accuracy of fault impedance estimation to evaluate performance. Non-patent documents 5 and 6 tested the time response of differential relays to faults in transformers and lines, respectively. Non-patent documents 7 to 9 looked at the operation time of the relay and the cooperative operation of the overcurrent protection relay for pickup current depending on the conditions of the fault location and angle. In addition, tests were conducted on directional overcurrent relays and frequency relays (Non-patent Documents 10 and 11).

전술한 비특허문헌 1 내지 11에서, 성능 지표를 고려하지 않은 시험 절차들이 논의되었으며, 계전기의 성능을 수학적으로 비교할 수 있는 것에 한계가 있었다. 이뿐 아니라, 트립 신호 발생 실패 또는 동작 시간의 분산과 같은 계전기들의 동작 일관성에 대해서 시험이 이루어지지 않았다.In the above-mentioned non-patent documents 1 to 11, test procedures that did not consider performance indicators were discussed, and there were limitations in being able to mathematically compare the performance of relays. In addition, the relays' operational consistency, such as failure to generate trip signals or dispersion of operating times, was not tested.

또한, 비특허문헌 12 내지 16에서는, 디지털 계전기들의 성능을 평가하기 위해 수학적 지표들이 사용되었다. 예를 들어, 비특허문헌 12에서는, 차등 계전기의 유효성, 독립성, 그리고 안정성 지표들이 보호 기능을 적시에 변경하고 교체하기 위해 사용되었다. 비특허문헌 13에서는, 성능 지표들이 보호 기능 실패의 비율에 따라 거리 및 과전류 계전기를 시스템 운영자가 교체하고 수리하는 것을 돕는 것에 초점을 맞췄다. 비특허문헌 12 및 13은 계전기들이 트립 신호를 발생하고 고장을 감지하는지 안하는지에 대한 이진화 데이터들을 사용하였다. 비특허문헌 14는 차등 계전기의 측정 정확도 및 속도를 분석하기 위한 성능 지표가 정의되어 있으며, 비특허문헌 15는 거리 계전기의 전력 스윙 기능들을 평가하기 위해 구별 지표를 사용하였다. 즉, 비특허문헌 14 및 15는 하나의 계전기에 대해서만 지표가 적용되었다는 한계가 있으며, 지표들이 응답 분산에 대한 내용은 반영되지 않았다. 비특허문헌 16은 신뢰도 지표를 적용하여 수리 시간 및 실패 비율에 따라 계전기의 유효성을 고려하였다. 하지만, 비특허문헌 12 내지 16은 실제 장치들에 대해서 지표가 적용되지 않았다.Additionally, in Non-Patent Documents 12 to 16, mathematical indices were used to evaluate the performance of digital relays. For example, in Non-Patent Document 12, the effectiveness, independence, and stability indicators of the differential relay were used to change and replace the protection function in a timely manner. In Non-Patent Document 13, performance metrics are focused on helping system operators replace and repair distance and overcurrent relays depending on the rate of protection function failure. Non-patent documents 12 and 13 used binarized data on whether relays generate trip signals and detect faults. Non-patent Document 14 defines a performance index for analyzing the measurement accuracy and speed of a differential relay, and Non-Patent Document 15 uses a differential index to evaluate the power swing functions of a distance relay. In other words, Non-Patent Documents 14 and 15 have the limitation that the indicators were applied only to one relay, and the indicators did not reflect the content of response dispersion. Non-patent Document 16 applied a reliability index to consider the effectiveness of the relay according to repair time and failure rate. However, in Non-Patent Documents 12 to 16, the index was not applied to actual devices.

최근에는 HILS(Hardware-in-the-loop simulation) 시험을 사용하여 계전기의 성능을 분석하는 연구가 많이 이루어지고 있다. 예컨대 비특허문헌 17 및 18은 거리 계전기의 고장 판단 및 데이터 측정에 대한 능력을 평가하기 위한 HILS 시험을 구축했는데, 여기서 계전기들은 시뮬레이션 환경에서 설계되었다. 비특허문헌 19 및 20에서는, 상업화 계전기들의 동작 속도 및 통신 안정도를 평가하고 데이터 왜곡에 대한 견고함을 실험하기 위해 연구실 규모의 HILS를 구성하였다. 그리고 비특허문헌 21에서는, 상업화 계전기의 트립 동작 시간을 평가하는 시험을 진행하였다. 하지만 비특허문헌 17 내지 21에서는, 수학적인 성능지표를 고려하지 않고 계전기 성능을 비교 분석하였으며, 특히 다양한 시험 조건 및 동작 일관성에 대한 요구들을 자세히 살펴보지 않았다.Recently, much research has been conducted to analyze the performance of relays using hardware-in-the-loop simulation (HILS) testing. For example, Non-Patent Documents 17 and 18 established a HILS test to evaluate the ability of distance relays to determine failure and measure data, where the relays were designed in a simulation environment. In Non-Patent Documents 19 and 20, a laboratory-scale HILS was constructed to evaluate the operation speed and communication stability of commercialized relays and test robustness against data distortion. And in Non-Patent Document 21, a test was conducted to evaluate the trip operation time of a commercial relay. However, in Non-Patent Documents 17 to 21, relay performance was compared and analyzed without considering mathematical performance indicators, and in particular, various test conditions and requirements for operation consistency were not examined in detail.

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본 발명은 전술한 종래 기술의 요구에 부응하기 위해 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 전력망에서 서비스의 연속성을 향상시키기 위해 그리고 더 빠르고 안정적인 계전기의 선택을 위해 디지털 보호 계전기의 응답 속도 및 분산에 대한 동적 성능을 비교 평가하는 방법을 제공하는데 있다.The present invention was derived to meet the needs of the above-described prior art, and the purpose of the present invention is to improve the continuity of service in the power grid and to improve the response speed and dispersion of digital protection relays for the selection of faster and more stable relays. The purpose is to provide a method to compare and evaluate dynamic performance.

본 발명의 다른 목적은 IEC(international electrotechnical commission) 60255 표준에 적합하고, 계전기 동작 시간의 평균, 가중 분산, 분포 함수 및 총 성능 점수에 대한 지표에 기반하는 디지털 보호 계전기의 비교 평가 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a comparative evaluation method of digital protection relays that conforms to the IEC (international electrotechnical commission) 60255 standard and is based on indicators for the average of the relay operation time, weighted variance, distribution function and total performance score. .

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 디지털 보호 계전기들의 동적 성능 비교평가 방법은, 전력망에 설치되는 복수의 계전기들에 대한 시험 데이터를 수집하는 단계; 상기 시험 데이터에 대한 성능 지표 점수를 계산하는 단계; 및 상기 성능 지표 점수를 결합하고 일반화하는 단계를 포함하며, 상기 일반화된 각 계전기의 총 성능 점수를 토대로 상기 복수의 계전기들의 동적 성능을 비교평가한 결과를 얻는다.A dynamic performance comparative evaluation method of digital protection relays according to an aspect of the present invention for solving the above technical problem includes collecting test data on a plurality of relays installed in a power grid; calculating a performance index score for the test data; and combining and generalizing the performance index scores, and obtaining a result of comparing and evaluating the dynamic performance of the plurality of relays based on the generalized total performance score of each relay.

일실시예에서, 상기 수집하는 단계는, 상기 전력망의 전송선의 고장 발생 시나리오를 토대로 하는 시험 시나리오에 기초하여 각 계전기의 각도, 고장 유형, 위치, SIR(source-impedance ratio), 선 길이가 측정될 수 있다.In one embodiment, in the collecting step, the angle, failure type, location, SIR (source-impedance ratio), and line length of each relay are measured based on a test scenario based on a failure occurrence scenario of the transmission line of the power grid. You can.

일실시예에서, 상기 수집하는 단계는, 상기 SIR의 범위에, 짧은 전송선의 경우 5 내지 50을, 긴 전송선의 경우 0.2 내지 10을 추가하도록 설정될 수 있다.In one embodiment, the collecting step may be set to add 5 to 50 for short transmission lines and 0.2 to 10 for long transmission lines to the range of the SIR.

일실시예에서, 동적 성능 비교평가 방법은, 상기 수집하는 단계 후에, 상기 수집하는 단계에서 수집된 동작 시간 데이터를 고장 유형에 따른 동작 시간 데이터로 분류하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the dynamic performance comparative evaluation method may further include, after the collecting step, classifying the operating time data collected in the collecting step into operating time data according to failure type.

일실시예에서, 상기 계산하는 단계는, 측정되고 분류된 동작 시간 데이터를 토대로 계전기의 동작 시간의 평균 및 분산을 추정하고, 가중된 분산을 추정하고, 누적 확률을 추정할 수 있다.In one embodiment, the calculating step may include estimating the average and variance of the operation time of the relay, estimating the weighted variance, and estimating the cumulative probability based on the measured and classified operation time data.

일실시예에서, 상기 계산하는 단계는, 상기 평균 및 분산의 추정을 통해 Z-점수 변환(ZST) 점수와 시간-분산 비율(TVR) 점수를 계산하고, 상기 가중된 분산의 추정을 통해 시간-지수 분산 비율(TEVR) 점수를 계산하고, 상기 누적 확률의 추정을 통해 시간-누적 확률(TCP) 점수를 계산할 수 있다.In one embodiment, the calculating step calculates a Z-score transformation (ZST) score and a time-variance ratio (TVR) score through estimation of the mean and variance, and calculating a time-variance ratio (TVR) score through estimation of the weighted variance. The exponential variance ratio (TEVR) score can be calculated, and the time-cumulative probability (TCP) score can be calculated through estimation of the cumulative probability.

일실시예에서, 상기 ZST 점수는 특정 고장 유형에 대한 기준 시간 제한을 통해 계전기의 동작 속도와 일관성을 평가하는 지표이며, 상기 동작 속도와 일괄성은 상기 평균 및 분산이 작을수록 증가할 수 있다.In one embodiment, the ZST score is an indicator that evaluates the operation speed and consistency of the relay through a reference time limit for a specific failure type, and the operation speed and consistency may increase as the average and variance become smaller.

일실시예에서, 동적 성능 비교평가 방법은 상기 ZST 점수에 단상 지락, 선간 단락, 선간 지락 및 삼상 지락의 고장 유형에 따라 발생 빈도 비율에 의거하여 가중치 또는 가중요소를 부가하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the dynamic performance comparative evaluation method may further include adding a weight or weighting factor to the ZST score based on the occurrence frequency ratio according to the fault type of single-phase ground fault, line-to-line short circuit, line-to-line ground fault, and three-phase ground fault. there is.

일실시예에서, 상기 TVR 점수는 각 계전기의 동작 시간 데이터를 이산화 신호 대비 잡음 비율 방법을 토대로 시간 대비 분산 비율로 확장한 것으로서, 상기 ZST 점수를 위한 기준 시간 내에 동작하는 시간에 대한 지표이다.In one embodiment, the TVR score expands the operation time data of each relay into a variance ratio over time based on a discretized signal-to-noise ratio method, and is an indicator of the operating time within the reference time for the ZST score.

일실시예에서, 동적 성능 비교평가 방법은 상기 TEEVR 점수에 기초하여, 상기 전력망 및 상기 복수의 계전기들의 특성을 토대로 분산의 가중치를 조정하고, 상기 가중치의 분산을 통해 상기 TVR의 분산에 대한 민감도를 증가시킬 수 있다.In one embodiment, the dynamic performance comparative evaluation method adjusts the weight of the variance based on the characteristics of the power grid and the plurality of relays based on the TEEVR score, and adjusts the sensitivity to the variance of the TVR through the variance of the weight. can be increased.

일실시예에서, 동적 성능 비교평가 방법은, 상기 복수의 계전기들의 기준 시간 내에 동작하는 경우와 상기 기준 시간 외에 동작하는 경우를 모두 포함하도록 누적 확률 함수 또는 경험적 분포 함수를 이용한 상기 TCP 점수를 토대로 상기 TVR 및 상기 TEVR을 보상할 수 있다.In one embodiment, the dynamic performance comparative evaluation method is based on the TCP score using a cumulative probability function or an empirical distribution function to include both cases of operation within the reference time of the plurality of relays and cases of operation outside the reference time. TVR and TEVR can be compensated.

일실시예에서, 동적 성능 비교평가 방법은, 상기 TVR 및 상기 TEVR을 보상하기 위해 근사치 보상 모델을 이용할 수 있다. 상기 근사치 보상 모델은 동작 시간 데이터를 이산화 시간으로 변환하고, 변환된 이산화 시간을 지수 함수로 변환하고, 변환된 지수 함수를 시계열적 시간 상에서 비교한 소정의 결과치에 따른 경험적 분포 함수를 생성할 수 있다.In one embodiment, the dynamic performance comparative evaluation method may use an approximate compensation model to compensate for the TVR and the TEVR. The approximate compensation model converts operation time data into discretized time, converts the converted discretized time into an exponential function, and compares the converted exponential function in time series. It can generate an empirical distribution function according to a predetermined result. .

일실시예에서, 상기 일반화하는 단계는, 상기 ZST 점수, 상기 TVR 점수, 상기 TEVR 점수 및 상기 TCP 점수를 결합하고 일반화하여 일반화된 성능 점수를 생성할 수 있다.In one embodiment, the generalizing step may combine and generalize the ZST score, the TVR score, the TEVR score, and the TCP score to generate a generalized performance score.

일실시예에서, 동적 성능 비교평가 방법은, 상기 일반화하는 단계 후에, 상기 일반화된 성능 점수에 기초하여 각 계전기의 총 성능 점수를 계산하고 비교 지수 값을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the dynamic performance comparative evaluation method may further include, after the generalizing step, calculating a total performance score of each relay based on the generalized performance score and calculating a comparison index value.

본 발명에 의한 시험 절차와 수학적 지표들을 사용하면, 보호 계전기의 동적 성능을 효과적으로 비교 평가할 수 있다.Using the test procedure and mathematical indices according to the present invention, the dynamic performance of protection relays can be effectively compared and evaluated.

또한, 본 발명에 의하면, 응답 속도 및 분산에 대한 디지털 보호 계전기의 동적 성능을 계전기의 동작 시간의 측정값들을 사용하여 비교 평가하는 새로운 시험 절차를 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to provide a new test procedure for comparatively evaluating the dynamic performance of a digital protection relay with respect to response speed and dispersion using measurements of the operation time of the relay.

또한, 본 발명에 의하면, IEC 60255 표준을 기반으로 동작 시간과 일관성에 대해 디지털 보호 계전기의 비교 평가를 위한 시험 절차 및 성능 지표를 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to provide test procedures and performance indicators for comparative evaluation of digital protection relays for operation time and consistency based on the IEC 60255 standard.

또한, 본 발명에 의하면, 여러 종류의 계전기를 이용하여 절차 및 지표를 적용한 비교 및 평가 방법을 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to provide a comparison and evaluation method applying procedures and indicators using various types of relays.

또한, 본 발명에 의하면, 시뮬레이션 실험과 HILS 기반의 실험을 통해 검증할 수 있는 디지털 보호 계전기의 동적 성능 비교평가 방법을 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to provide a method for comparative evaluation of the dynamic performance of digital protection relays that can be verified through simulation experiments and HILS-based experiments.

또한, 본 발명에 의하면, 전력망의 시스템 운영자가 인증된 계전기들로부터 좋은 계전기를 신속하고 안정적으로 선택하도록 지원할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to support a system operator of a power grid to quickly and reliably select a good relay from certified relays.

도 1은 전형적인 IEC 60255 기반 적합성 시험의 개략도이다.
도 2는 전형적인 IEC 60255 기반 적합성 시험에서의 고장 시나리오를 보여주는 도면이다.
도 3은 디지털 보호 계전기의 동적 성능 평가에 관한 비교예의 선행문헌들과 본 발명의 실시예에 의한 평가에 있어서, 평가, 고장 조건 및 시험 요소들과의 관계를 정리한 표이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 보호 계전기들의 동작 성능 비교평가 방법(이하 간략히 '평가 방법')을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 평가 방법에 채용할 수 있는 동작 평균과 분산에 따른 Z점수 변환치(ZST)와 시간-분산 비율(TVR)을 보여주는 그래프들이다.
도 6은 도 4의 평가 방법에 채용할 수 있는 지수 변환된 분산을 보여주는 그래프이다.
도 7은 도 4의 평가 방법에 채용할 수 있는 경험적 분포 함수를 이용한 근사치 보상 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 보호 계전기들의 동작 성능 비교평가 장치의 주요 구성에 대한 개략적인 블록도이다.Figure 1 is a schematic diagram of a typical IEC 60255 based conformance test.
Figure 2 is a diagram showing a failure scenario in a typical IEC 60255-based conformance test.
Figure 3 is a table summarizing the relationship between evaluation, failure conditions, and test factors in prior literature of comparative examples on dynamic performance evaluation of digital protection relays and evaluation according to embodiments of the present invention.
Figure 4 is a diagram for explaining a method for comparative evaluation of the operational performance of digital protection relays (hereinafter simply referred to as 'evaluation method') according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the Z-score conversion (ZST) and time-variance ratio (TVR) according to the motion average and variance that can be adopted in the evaluation method of FIG. 4.
Figure 6 is a graph showing exponentially transformed variance that can be employed in the evaluation method of Figure 4.
Figure 7 is a diagram for explaining an approximate compensation model using an empirical distribution function that can be employed in the evaluation method of Figure 4.
Figure 8 is a schematic block diagram of the main configuration of an apparatus for comparing and evaluating the operational performance of digital protection relays according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may also be named a first component. The term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense unless explicitly defined in the present application. No.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. In order to facilitate overall understanding when describing the present invention, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions for the same components are omitted.

도 1은 전형적인 IEC 60255 기반 적합성 시험의 개략도이다.Figure 1 is a schematic diagram of a typical IEC 60255 based conformance test.

도 1을 참조하면, IEC 60255 기반 적합성 시험은 발전원, 발전 임피던스, 보호 계전기, 전송선, 외부 차단기가 연결된 전력망에서 디지털 보호 계전기의 동작 특성과 기능을 증명하고 평가할 수 있게 해준다. 보호 계전기는 전력 변압기와 전류 변압기를 통해 전송선에서의 전력과 전류를 측정하고 구역 차단기를 이진화 신호를 통해 제어한다. 보호 계전기의 시험 결과는 시험 관리자에게 전달된다.Referring to Figure 1, IEC 60255-based conformance testing allows to prove and evaluate the operating characteristics and functions of digital protection relays in a power grid connected to the generation source, generation impedance, protection relay, transmission line, and external circuit breaker. The protection relay measures the power and current in the transmission line through power and current transformers and controls the zone circuit breaker through binarized signals. The test results of the protective relay are communicated to the test manager.

구체적으로, IEC 60255 표준의 Part 121(Functional requirements for distance protection)에 따르면, 단방향 공급기반으로 거리 계전기의 적합성 시험이 진행된다. 전송선 길이는 20km와 100km로 구성할 수 있다. 각 길이당 선 임피던스 값은 수학식 1과 수학식 2로 표현된다.Specifically, according to Part 121 (Functional requirements for distance protection) of the IEC 60255 standard, compliance testing of distance relays is conducted on a one-way supply basis. Transmission line lengths can be configured as 20km and 100km. The line impedance value for each length is expressed by Equation 1 and Equation 2.

수학식 1 및 수학식 2는 정상분(ZL1), 역상분(ZL2), 영상분(ZL0)의 각 선로 임피던스로 표현되고, 도달 임피던스 ZR은 선로 임피던스의 80%로 설정하고, 발전 임피던스는 고장 종류에 대해 SIR(source-impedance ratio)을 사용하여 수학식 3 및 수학식 4를 통해 도출할 수 있다.Equation 1 and Equation 2 are expressed in terms of each line impedance of the normal sequence (Z L1 ), reverse sequence (Z L2 ), and zero phase sequence (Z L0 ), and the arrival impedance Z R is set to 80% of the line impedance, Power generation impedance can be derived through Equation 3 and Equation 4 using SIR (source-impedance ratio) for the type of failure.

여기서, LG(line-to-ground)는 단상 지락, LL(line-to-line)은 선간 단락, DLG(double line-to-ground) 선간 지락, TPG(three-phase-to-ground) 삼상 지락을 의미한다.Here, LG (line-to-ground) is a single-phase ground fault, LL (line-to-line) is a line-to-line short, DLG (double line-to-ground) is a line-to-line ground fault, and TPG (three-phase-to-ground) is a three-phase ground fault. means.

도 2는 전형적인 IEC 60255 기반 적합성 시험에서의 고장 시나리오를 보여주는 도면이다.Figure 2 is a diagram showing a failure scenario in a typical IEC 60255-based conformance test.

도 2를 참조하면, 적합성 시험의 고장 시나리오는, 시작 각도, 고장 종류, 고장 위치, 선 길이에 따라 시나리오가 구성되며, SIR은 5로 고정하면서 4번 반복 실험을 진행하게 된다. 각도는 0°, 30°, 60°, 90° 등을 포함하고, 고장 종류는 단상 지락, 선간 단락, 선간 지락, 삼상 지락을 포함하고, 위치는 전체 구간의 0%, 50%, 80% 등을 포함하고, 선 길이는 짧음(short), 김(long) 등을 포함한다.Referring to Figure 2, the failure scenario of the conformance test is configured according to the starting angle, failure type, failure location, and line length, and the experiment is repeated four times with the SIR fixed at 5. The angle includes 0°, 30°, 60°, 90°, etc., the fault type includes single-phase ground fault, line-to-line short-circuit, line-to-line ground fault, and three-phase ground fault, and the location is 0%, 50%, 80%, etc. of the entire section. Includes, and line length includes short, long, etc.

적합성 시험의 고장 시나리오를 통해 동작 시간들이 측정되며, 측정된 데이터는 통계적 형태로 표현된다. 특히, 동작 시간의 최솟값은 내림하여 최소의 정수로, 최댓값은 올림하여 최대의 정수로 표현할 수 있으며, 가장 작은 정수와 큰 정수 사이의 0.5 ms씩 나누어 계층을 나눈다. 이러한 통계적 형태를 가지고 계전기의 성능을 동작 시간의 평균, 중간, 최빈값을 이용하여 평가한다.Operating times are measured through failure scenarios in compliance testing, and the measured data is expressed in statistical form. In particular, the minimum value of the operation time can be rounded down to the smallest integer, and the maximum value can be expressed as the largest integer by rounding up, and the hierarchy is divided by dividing 0.5 ms between the smallest integer and the largest integer. With this statistical form, the performance of the relay is evaluated using the average, median, and mode values of the operating time.

표 1은 선행문헌들 중 비특허문헌 1, 21, 22를 기반으로 서로 다른 거리 계전기의 동작 시간의 평균 및 분산을 결정한 예를 보여준다.Table 1 shows an example of determining the average and variance of the operation time of different distance relays based on non-patent documents 1, 21, and 22 among prior documents.

표 1에 도시한 바와 같이, 평균 동작 시간은 같게 설정하였으며, 분산의 경우, 계전기 1(R1)이나 계전기 2(R2)보다 계전기 3(R3)을 가장 크게 설정하였으며, 이는 다른 계전기들보다 일관성이 낮다는 것을 의미한다. 적합성 시험을 통해 계전기들의 동작 시간 데이터들을 수집할 수 있고, 표 2와 같이 통계적인 값으로 표현할 수 있다.As shown in Table 1, the average operation time was set to be the same, and in the case of variance, Relay 3 (R 3 ) was set to be larger than Relay 1 (R 1 ) or Relay 2 (R 2 ), which is larger than that of the other relays. This means less consistency. Through compliance testing, operation time data of relays can be collected and expressed as statistical values as shown in Table 2.

대체적으로 계전기 3이 다른 계전기들과 비슷한 결과를 가져오는 것을 확인할 수 있다. 즉, 일관성이 낮은 계전기 3을 포함하여 모든 계전기들이 전력망에 사용 가능하다는 것을 보여주고 있다. 다시 말해서, 기존의 적합성 시험은 계전기들의 상대적인 성능 비교를 하기에는 제한적이며, 수학적 지표를 통한 새로운 시험 절차가 필요하다는 것을 보여준다.In general, it can be seen that relay 3 produces similar results to other relays. In other words, it shows that all relays, including relay 3 with low consistency, can be used in the power grid. In other words, existing compliance tests are limited in comparing the relative performance of relays, and new test procedures using mathematical indices are needed.

전술한 비특허문헌들과 후술하는 본 발명의 실시예에서의 디지털 보호 계전기의 동적 성능 평가에 있어서, 평가, 고장 조건 및 시험 요소들과의 관계를 정리하여 나타내면 도 3과 같다.In the dynamic performance evaluation of a digital protection relay in the above-mentioned non-patent documents and the embodiment of the present invention described later, the relationship between evaluation, failure conditions, and test factors is summarized as shown in FIG. 3.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예는 DSR, DFR 및 OCR을 포함한 모든 계전기 유형에서 평가, 고장 조건, 시험을 통해 전력망이나 해당 시스템에 적합한 최적의 디지털 보호 계전기를 선택하기 위한 비교평가에 적합한 것을 알 수 있다.As shown in Figure 3, the embodiment of the present invention is used for comparative evaluation to select the optimal digital protection relay suitable for the power grid or corresponding system through evaluation, fault conditions, and testing in all relay types including DSR, DFR, and OCR. You can see what is suitable.

여기서, 측정 데이터는 SIR(source-impedance ratio), 주입 각, 위치, 종류에 따른 다양한 고장 시나리오 하에 반복적으로 수집되며, 데이터는 계전기의 동작 시간의 분포 함수, 평균, 분산들을 추정하고, 성능 지표 점수들을 계산하는데 이용된다. 시뮬레이션 사례 연구는 거리, 과전류, 차등 계전기로 동작 시간의 이론과 실세 조건하에 진행한다. 실제 계전기를 사용하는 실험 사례 연구를 위한 HILS도 진행되었다.Here, measurement data is repeatedly collected under various failure scenarios according to SIR (source-impedance ratio), injection angle, location, and type, and the data is used to estimate the distribution function, mean, and variance of the operation time of the relay, and perform the performance index score. It is used to calculate them. Simulation case studies are conducted under theoretical and real-world conditions of operating time with distance, overcurrent, and differential relays. HILS was also conducted for an experimental case study using an actual relay.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 보호 계전기들의 동작 성능 비교평가 방법(이하 간략히 '평가 방법')을 설명하기 위한 도면이다.Figure 4 is a diagram for explaining a method for comparing and evaluating the operational performance of digital protection relays (hereinafter simply referred to as 'evaluation method') according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 평가 방법은 데이터 기반의 지표들을 사용하여 상업화 계전기들의 성능을 평가하는 시험 절차를 보여준다. 시험 단계는 총 3가지 단계 즉, IEC 60255 기반 적합성 시험 단계(이하 간략히 '시험 데이터 수집 단계' 또는 '제1 단계'), 각 계전기에 대한 동작 데이터 처리 및 성능 점수 계산 단계(이하 간략히 '지표 점수 계산 단계' 또는 '제2 단계'), 총 점수를 추정하기 위한 성능 점수의 일반화 및 결합 그리고 비교 지표값 추정 단계(이하 간략히 '평가 단계' 또는 '제3 단계')를 포함한다.Referring to Figure 4, the evaluation method shows a test procedure for evaluating the performance of commercial relays using data-based indicators. The test stage consists of a total of three stages, namely, the IEC 60255-based conformance test stage (hereinafter briefly referred to as 'test data collection stage' or 'first stage'), the operation data processing and performance score calculation stage for each relay (hereinafter briefly referred to as 'indicator score') It includes a 'calculation step' or 'second step'), generalization and combination of performance scores to estimate the total score, and a comparative indicator value estimation step (hereinafter simply referred to as 'evaluation step' or 'third step').

제1 단계에서, 적합성 시험은 실제 전력망 특성을 반영하기 위해 다른 시험 베드 예컨대, IEEE 시험 시스템에 적용하면서 확장된다. 각 계전기(계전기 1, 계전기 2, 계전기 μ, 계전기 N 등)의 동작 시간은 전송선의 고장 발생 시나리오를 구성하고, 각도, 고장 유형, 위치, SIR, 선 길이를 토대로 하는 시험 시나리오에 따라 측정하게 되며, 시험 시나리오에는 SIR 범위를 짧은 전송선의 경우 5~50, 긴 전송선의 경우 0.2~10의 조건들을 추가할 수 있도록 구성된다.In the first stage, the conformance testing is expanded by applying it to other test beds, such as the IEEE test system, to reflect actual power grid characteristics. The operating time of each relay (Relay 1, Relay 2, Relay μ, Relay N, etc.) constitutes a failure occurrence scenario of the transmission line and is measured according to a test scenario based on angle, fault type, location, SIR, and line length. , The test scenario is configured to add conditions of SIR range of 5 to 50 for short transmission lines and 0.2 to 10 for long transmission lines.

제1 단계에서의 동작 시간 데이터(tu)는 소정의 분류기에 입력되어 고장 유형에 따른 동작 시간 데이터로 분류될 수 있다.The operation time data (t u ) in the first step may be input to a predetermined classifier and classified into operation time data according to the failure type.

제2 단계에서, 측정되고 분류된 동작 시간 데이터(tuj)는 적어도 하나의 지표 점수 계산 모듈에 입력되어 계전기의 동작 시간의 평균과 분산을 추정하도록 처리되고, 가중된 분산을 추정하도록 처리되고, 누적 확률을 계산하도록 처리되며, 그 후에 z-score 변환(ZST) 점수, 시간-분산 비율 (TVR) 점수, 시간-지수 분산 비율(TEVR) 점수 및 시간-누적 확률(TCP) 점수의 4가지의 성능 지표를 계산하도록 처리된다.In a second step, the measured and classified operation time data (t uj ) is input to at least one indicator score calculation module and processed to estimate the mean and variance of the operation time of the relay, and processed to estimate the weighted variance; It is processed to calculate the cumulative probability, which is then processed into four scores: z-score transformed (ZST) score, time-variance ratio (TVR) score, time-exponential variance ratio (TEVR) score, and time-cumulative probability (TCP) score. Processed to calculate performance indicators.

본 실시예에서는, 특히 지수 변환 및 누적 분포 함수를 적용하여 기준 시간 내 트립 신호 발생의 실패, 동작 시간의 분산의 민감도를 증가시킨다.In this embodiment, in particular, exponential transformation and cumulative distribution function are applied to increase sensitivity to failure of trip signal generation within the reference time and dispersion of operation time.

제3 단계에서, 성능 지표 점수들은 각 계전기의 동작 일관성 및 시간 응답을 평가하기 위해 표준화 및 결합된다. 즉, ZST 점수(ZSTu), TVR 점수(TVRu), TEVR 점수(TEVRu) 및 TCP 점수(TCPu)는 결합 및 일반화 모듈에 입력되어 계전기들의 성능 점수 결합 및 일반화 과정을 거쳐 일반화된 성능 점수()로 출력될 수 있다.In the third step, performance indicator scores are standardized and combined to evaluate the operational consistency and time response of each relay. That is, the ZST score (ZST u ), TVR score (TVR u ), TEVR score (TEVR u ), and TCP score (TCP u ) are input to the combination and generalization module and the generalized performance is processed through the performance score combination and generalization process of the relays. score( ) can be output.

일반화된 성능 점수()는 비교 지수 계산 모듈에 입력되어 총 성능 점수 계산 및 비교 지수 값 계산에 이용될 수 있다. 비교 지수 계산 모듈은 계전기 2, 계전기 μ, 계전기 N 등 각 계전기에 대한 총 성능 점수(T1, T2, Tu, TN 등)를 출력하고, 이들에 기반한 비교 지수 값을 생성할 수 있다.Generalized performance score ( ) can be input into the comparison index calculation module and used to calculate the total performance score and comparison index value. The comparison index calculation module outputs the total performance scores (T 1 , T 2 , T u , T N , etc.) for each relay, including Relay 2, Relay μ, and Relay N, and can generate comparison index values based on these. .

이를 통해 계전기들의 동적 성능을 수학적으로 비교할 수 있게 해주며 적합성 시험에서의 한계를 해결한다.This allows the dynamic performance of relays to be mathematically compared and addresses limitations in compliance testing.

각 성능 지표 점수들을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.Each performance indicator score is explained in more detail as follows.

Z-점수 변환Z-score conversion

각 계전기에 대해서 동작 시간의 평균과 분산은 수학식 5를 통해 구해진다.For each relay, the average and variance of the operating time are obtained through Equation 5.

여기서 Nj는 고장 유형 j에 따라 측정 데이터 수를 의미하며, NLG, NLL, NDLG는 1,1152개 그리고 NTPG는 384개이다. 수학식 5에서, n은 데이터 지표, tjn은 고장 유형 j의 n번째 동작 시간 데이터이다. 그리고, E[tj]와 σj 2는 각 고장 유형에 따른 동작 시간의 평균과 분산이다.Here, N j refers to the number of measured data according to failure type j, N LG , N LL , N DLG are 1,1152, and N TPG is 384. In Equation 5, n is the data indicator, and t jn is the nth operation time data of failure type j. And, E[t j ] and σ j 2 are the average and variance of operation time for each failure type.

시스템의 평균과 분산을 사용하여 시스템 동적 성능을 평가하기 위해 z-score 방법을 사용하며 z-score 변환(ZST)라고 칭하고 수학식 6으로 계산된다.The z-score method is used to evaluate the system dynamic performance using the mean and variance of the system, which is called z-score transformation (ZST) and is calculated by Equation 6.

수학식 6에서, tref,j는 고장 유형 j에 대한 기준 시간 제한을 의미한다. 이 값은 IEC 61850 표준에 의거하여 모든 고장 유형에 대해 36.6ms로 설정할 수 있다. tref,j는 기존의 적합성 시험에서 사용되는 계전기 합격 혹은 불합격을 판단하는 시간 제한보다 작아야 한다. ZSTj는 계전기의 높은 속도와 일관성을 의미하는 평균과 분산이 작을수록 증가한다. 모든 고장 유형에 대해서 전체적인 ZST 점수는 수학식 7에 의해 구해질 수 있다.In Equation 6, t ref,j means the reference time limit for failure type j. This value can be set to 36.6ms for all fault types according to the IEC 61850 standard. t ref,j must be smaller than the time limit for judging relay pass or fail used in existing compliance tests. ZST j increases with smaller mean and variance, which means higher speed and consistency of the relay. For all failure types, the overall ZST score can be obtained by Equation 7.

수학식 7에서 가중 요소인 ωj는 고장 유형에 따라 발생 빈도 비율에 의거하여 LG: 0.7, LL: 0.15, DLG: 0.1, 그리고 TPG: 0.05로 설정하였다.In Equation 7, the weighting factor ω j was set to LG: 0.7, LL: 0.15, DLG: 0.1, and TPG: 0.05 based on the occurrence frequency ratio according to the failure type.

시간-분산 비율 (TVR)Time-Variance Ratio (TVR)

각 계전기에 대해서, 동작 시간 데이터는 이산화 신호 대비 잡음 비율(SNR) 방법에 의거하여 수학식 8과 같이 시간 대비 분산 비율 지표로 확장될 수 있다.For each relay, the operating time data can be expanded into a variance ratio indicator over time as shown in Equation 8 based on the discretized signal-to-noise ratio (SNR) method.

수학식 8의 Nj는 제한된 기준 시간보다 작은 측정된 시간 데이터들의 수를 의미한다. 즉, TVR은 기준 시간 내에 동작하는 경우에 한해서 고려한다. 총 TVR 점수는 수학식 9로 추정될 수 있다.N j in Equation 8 means the number of measured time data smaller than the limited reference time. In other words, TVR is considered only when it operates within the reference time. The total TVR score can be estimated using Equation 9.

도 5는 도 4의 평가 방법에 채용할 수 있는 동작 평균과 분산에 따른 Z점수 변환치(ZST)와 시간-분산 비율(TVR)을 보여주는 그래프들이다.FIG. 5 is a graph showing the Z-score conversion (ZST) and time-variance ratio (TVR) according to the motion average and variance that can be adopted in the evaluation method of FIG. 4.

도 5에서 좌측 그래프는 평균에 따른 Z-점수 변환치(ZST)와 시간-분산 비율(TVR)을 보여주고, 우측 그래프는 분산에 따른 ZST와 TVR을 보여준다.In Figure 5, the left graph shows Z-score conversion (ZST) and time-variance ratio (TVR) according to the mean, and the right graph shows ZST and TVR according to variance.

도 5에 나타낸 바와 같이, TVR 지표를 ZST와 비교하였을 때, 계전기 동작 시간은 평균 및 분산에 따라 더욱 민감하다는 것을 알 수 있다.As shown in Figure 5, when comparing the TVR indicator with ZST, it can be seen that the relay operation time is more sensitive to mean and variance.

예를 들어, 두 개의 계전기가 서로 다른 응답 시간 평균을 가질 때, ZST 지표를 통한 차이보다 TVR의 차이가 크게 발생하는 것을 의미하며, 서로 다른 분산에 대해서도 동일하게 적용된다. 이것은 성능 평가에서 계전기들의 명백한 비교가 가능하다는 것을 의미한다.For example, when two relays have different response time averages, this means that the difference in TVR occurs larger than the difference through the ZST indicator, and the same applies to different variances. This means that clear comparisons of relays are possible in performance evaluation.

시간-지수 분산 비율 (TEVR)Time-exponential variance ratio (TEVR)

TVR 지표에서 분산에 대한 민감도를 증가시키기 위해 지수 변환을 수학식 10과 같이 적용할 수 있다.To increase sensitivity to variance in the TVR indicator, exponential transformation can be applied as shown in Equation 10.

여기서 α는 네트워크 및 시험 계전기들의 특성에 의거하여 분산의 가중치를 조정하는 지수 계수이다. TVR은 주어진 가중치 분산을 통해 수학식 11을 이용하여 변환된다.Here, α is an exponential coefficient that adjusts the weight of the variance based on the characteristics of the network and test relays. TVR is transformed using Equation 11 with a given weight distribution.

변환된 TVR은 시간 대비 지수 분산 비율로 TEVR로 칭한다.The converted TVR is referred to as the time-to-exponential variance ratio (TEVR).

도 6은 도 4의 평가 방법에 채용할 수 있는 지수 변환된 분산을 보여주는 그래프이다.Figure 6 is a graph showing exponentially transformed variance that can be employed in the evaluation method of Figure 4.

도 6은 가중치 분산이 기존 분산 값보다 작은 것을 보여주며, 결과론적으로, 서로 다른 동작 시간의 분산에 따라 TEVR 지표 차이가 TVR 지표의 차이보다 더 큰 것을 확인할 수 있다.Figure 6 shows that the weight variance is smaller than the existing variance value, and as a result, it can be seen that the difference in the TEVR index is larger than the difference in the TVR index depending on the variance of different operation times.

이건은 계전기의 동적 특성을 명백히 비교할 수 있게 해주며 TEVR의 총 점수는 수학식 12에 의해 구해진다.This allows a clear comparison of the dynamic characteristics of the relays, and the total score of TEVR is obtained by Equation 12.

시간-누적 확률(TCP)Time-cumulative probability (TCP)

TEVR과 TVR은 기준 시간보다 작은 경우에 대해서만 고려하였다. 그러나, 실제로 대부분 계전기들은 항상 기준 시간 내 동작하지 않는다. 따라서, 개별 고장 시나리오에 대해 각 계전기의 특성을 반영하기 위해, Fj(tref,j) = P(tj ≤ tref,j)인 누적 확률 함수를 이용하여 보상할 수 있다.TEVR and TVR were only considered for cases smaller than the reference time. However, in reality, most relays do not always operate within the standard time. Therefore, in order to reflect the characteristics of each relay for individual failure scenarios, compensation can be made using the cumulative probability function of F j (t ref,j ) = P(t j ≤ t ref,j ).

도 7은 도 4의 평가 방법에 채용할 수 있는 경험적 분포 함수를 이용한 근사치 보상 모델을 설명하기 위한 도면이다.Figure 7 is a diagram for explaining an approximate compensation model using an empirical distribution function that can be employed in the evaluation method of Figure 4.

도 7을 참조하면, 각 계전기의 특성을 실제로 반영하기 위해, 제1 단계에서 수집된 동작 시간 데이터로부터 경험적 분포 함수를 사용하여 근사치 보상 모델을 구할 수 있다. 즉, 실제로 계전기의 고유의 확률적 동작 특성을 알 수 없기 때문에 근사치 보상 모델을 이용한다.Referring to FIG. 7, in order to actually reflect the characteristics of each relay, an approximate compensation model can be obtained using an empirical distribution function from the operation time data collected in the first step. In other words, since the unique stochastic operation characteristics of the relay cannot be known in reality, an approximate compensation model is used.

여기서, 근사치 보상 모델은 동작 시간 데이터를 이산화 시간으로 변환하고, 변환된 이산화 시간을 지수 함수로 변환하고, 변환된 지수 함수를 시계열적 시간(tm-1, tm, …, tref) 상에서 비교하여 소정의 결과치(1/Nj)에 따른 경험적 분포 함수 {F(tref)}를 생성할 수 있다.Here, the approximate compensation model converts the operating time data into discretized time, converts the converted discretized time into an exponential function, and converts the converted exponential function into time series time (t m-1 , t m , ..., t ref ). By comparison, an empirical distribution function {F(t ref )} can be generated according to a predetermined result value (1/N j ).

시간 대비 누적 확률(TCP)은 TEVR 지표를 기반으로 성립되며 수학식 13으로 계산된다.The time-to-time cumulative probability (TCP) is established based on the TEVR indicator and is calculated using Equation 13.

수학식 13에서 TCP는 또한 TVR에 지표를 사용하여 계산될 수도 있다. 전체 고장 유형에 따른 총 TCP 점수는 수학식 14로 표현된다.In Equation 13, TCP can also be calculated using TVR as an indicator. The total TCP score according to all failure types is expressed in Equation 14.

전술한 제3 단계에서의 전체 성능 점수와 비교 지표에 대하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.The overall performance scores and comparative indicators in the above-mentioned third step are described in more detail as follows.

제3 단계에서, 다수의 계전기들을 비교하기 위해, 즉 각 계전기의 총 성능 점수를 계산하기 위해 4개의 지표 점수들을 결합하고 표준화를 한다. 예를 들어, 두 개의 계전기의 성능 점수는 S1=[ZST1, TVR1, TEVR1, TCP1]와 S2=[ZST2, TVR2, TEVR2, TCP2]로 나타난다. 모든 계전기 u에 대해서 점수 별 최대 값을 수학식 15로 이끌어낸다.In the third step, the four indicator scores are combined and standardized to compare multiple relays, that is, to calculate the total performance score of each relay. For example, the performance scores of two relays appear as S1=[ZST 1 , TVR 1 , TEVR 1 , TCP 1 ] and S2=[ZST 2 , TVR 2 , TEVR 2 , TCP 2 ]. For all relays u, the maximum value for each score is derived using Equation 15.

수학식 15에서, Suk와 Smax,k는 Su와 Smax의 k번째 값이다. Smax,k를 이용하여 Su는 수학식 16으로 표준화된다. In Equation 15, S uk and S max,k are the kth values of Su and Smax. Using S max,k, S u is normalized to Equation 16.

수학식 16을 이용하여 계전기 u의 전체 점수는 수학식 17로 정의된다. Using Equation 16, the overall score of relay u is defined as Equation 17.

여기서, γk는 각 성능 지표들에 가중치 요소이다. 게다가 두 계전기에 대해서 성능 지표 k의 차이는 구별 지표를 사용하여 추정되며 수학식 18으로 계산된다Here, γ k is a weighting factor for each performance indicator. Moreover, for two relays, the difference in performance index k is estimated using the distinguishing index and is calculated as Equation 18:

수학식 18에서, 는 각 성능 지표 k의 평균 점수이다.In equation 18, is the average score of each performance indicator k.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 보호 계전기들의 동작 성능 비교평가 장치(이하 간략히 '평가 장치)의 주요 구성에 대한 개략적인 블록도이다.Figure 8 is a schematic block diagram of the main configuration of an apparatus for comparing and evaluating the operational performance of digital protection relays (hereinafter simply referred to as 'evaluation apparatus') according to another embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 평가 장치(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다. 또한, 평가 장치(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 평가 장치(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 8, the evaluation device 200 may include at least one processor 210, a memory 220, and a transmitting and receiving device 230 that is connected to a network and performs communication. Additionally, the evaluation device 200 may further include an input interface device 240, an output interface device 250, a storage device 260, etc. Each component included in the evaluation device 200 is connected by a bus 270 and can communicate with each other.

다만, 평가 장치(200)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(270)가 아니라, 프로세서(210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 메모리(220), 송수신 장치(230), 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.However, each component included in the evaluation device 200 may be connected through an individual interface or individual bus centered on the processor 210, rather than through the common bus 270. For example, the processor 210 may be connected to at least one of the memory 220, the transmission/reception device 230, the input interface device 240, the output interface device 250, and the storage device 260 through a dedicated interface. .

프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.The processor 210 may execute a program command stored in at least one of the memory 220 and the storage device 260. The processor 210 may refer to a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), or a dedicated processor on which methods according to embodiments of the present invention are performed. Each of the memory 220 and the storage device 260 may be comprised of at least one of a volatile storage medium and a non-volatile storage medium. For example, the memory 220 may be comprised of at least one of read only memory (ROM) and random access memory (RAM).

프로그램 명령은 시험 데이터 수집 단계를 수행하도록 하는 명령, 동작 시간 데이터 분류 단계를 수행하도록 하는 명령, 지표 점수 계산 단계를 수행하도록 하는 명령, 평가 단계를 수행하도록 하는 명령 등을 포함할 수 있다.Program commands may include commands to perform a test data collection step, instructions to perform an operation time data classification step, instructions to perform an index score calculation step, instructions to perform an evaluation step, etc.

본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.Methods according to the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. Computer-readable media may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination. Program instructions recorded on a computer-readable medium may be those specifically designed and configured for the present invention, or may be known and usable by those skilled in the art of computer software.

컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of computer-readable media include hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include machine language code, such as that created by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc. The above-described hardware device may be configured to operate with at least one software module to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양 하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the description has been made with reference to the above examples, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will be able to.

Claims (14)

디지털 보호 계전기들의 동적 성능 비교평가 방법으로서,
적합성 시험의 시나리오에 따라 복수의 계전기들의 동작 시간들을 수집하는 단계-상기 시나리오는 시작 각도 혹은 주입 각, 고장 유형 혹은 고장 종류, 고장 위치, SIR(source-impedance ratio), 및 선 길이에 따라 구성되는 복수의 고장 시나리오를 포함함-;
상기 복수의 고장 시나리오에 따라 수집된 동작 시간 데이터를 상기 고장 유형에 따라 분류하는 단계;
상기 분류된 동작 시간 데이터를 이용하여 상기 복수의 계전기들 각각의 동작 시간의 분포 함수, 평균 및 분산을 추정하는 단계;
상기 분포 함수, 상기 평균 및 상기 분산에 대한 성능 지표 점수를 계산하는 단계-상기 성능 지표 점수는 상기 고장 유형에 따른 상기 동작 시간의 평균과 분산 각각에 기초한 z-score 변환(ZST) 점수, 이산화 신호 대비 잡음 비율에 기초한 상기 동작 시간에 대한 시간-분산 비율(TVR) 점수, TVR 지표에 대한 지수 변환을 적용한 시간-지수 분산 비율(TEVR) 점수, 및 상기 TVR 지표 또는 TEVR 지표를 기반으로 근사치 보상 모델을 통해 누적 확률 함수를 이용한 보상을 적용한 시간-누적 확률(TCP) 점수를 포함함-; 및
상기 복수의 계전기들 각각의 상기 성능 지표 점수를 토대로 상기 복수의 계전기들의 동적 성능을 비교평가하는 단계를 포함하는, 디지털 보호 계전기들의 동적 성능 비교평가 방법.As a dynamic performance comparative evaluation method of digital protection relays,
Collecting operation times of a plurality of relays according to a scenario of a compliance test - the scenario is configured according to the starting angle or injection angle, fault type or type of fault, fault location, source-impedance ratio (SIR), and line length. Includes multiple failure scenarios;
classifying operation time data collected according to the plurality of failure scenarios according to the failure type;
Estimating the distribution function, average, and variance of the operation time of each of the plurality of relays using the classified operation time data;
Calculating a performance index score for the distribution function, the mean, and the variance, wherein the performance index score is a z-score transform (ZST) score based on each of the mean and variance of the operation time according to the failure type, and a discretized signal. A time-to-variance ratio (TVR) score for the operating time based on the contrast-to-noise ratio, a time-to-exponential variance ratio (TEVR) score applying an exponential transformation to the TVR metric, and an approximate compensation model based on the TVR metric or the TEVR metric. Time to apply compensation using the cumulative probability function through - includes the cumulative probability (TCP) score; and
A method for comparing and evaluating the dynamic performance of digital protection relays, comprising the step of comparing and evaluating the dynamic performance of the plurality of relays based on the performance index score of each of the plurality of relays. 청구항 1에 있어서,
상기 시작 각도는 0°, 30°, 60° 및 90°를 포함하고, 상기 고장 종류는 단상 지락, 선간 단락, 선간 지락 및 삼상 지락을 포함하고, 상기 고장 위치는 전체 구간의 0%, 50%, 80%를 포함하고, 상기 선 길이는 짧음(short) 및 김(long)을 포함하는, 디지털 보호 계전기들의 동적 성능 비교평가 방법.In claim 1,
The starting angle includes 0°, 30°, 60°, and 90°, the fault type includes single-phase ground fault, line-to-line short circuit, line-to-line ground fault, and three-phase ground fault, and the fault location is 0% and 50% of the entire section. , 80%, and the line length includes short and long, a dynamic performance comparative evaluation method of digital protection relays. 청구항 2에 있어서,
상기 SIR은, 짧은 전송선의 경우 5 내지 50을, 긴 전송선의 경우 0.2 내지 10을 추가하도록 설정되는, 디지털 보호 계전기들의 동적 성능 비교평가 방법.In claim 2,
The SIR is set to add 5 to 50 for short transmission lines and 0.2 to 10 for long transmission lines. A method for comparing and evaluating the dynamic performance of digital protection relays. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 ZST 점수는 상기 고장 유형에 대한 기준 시간 제한을 통해 계전기의 동작 속도와 동작 일관성을 평가하며, 상기 동작 속도와 상기 동작 일관성은 상기 평균 및 분산이 작을수록 증가하는, 디지털 보호 계전기들의 동적 성능 비교평가 방법.In claim 1,
The ZST score evaluates the operation speed and operation consistency of the relay through a reference time limit for the failure type, and the operation speed and operation consistency increase as the mean and variance become smaller. Comparison of dynamic performance of digital protection relays Assessment Methods. 청구항 7에 있어서,
상기 고장 유형에 따른 각 계전기의 ZST 점수에 대해 단상 지락, 선간 단락, 선간 지락 및 삼상 지락의 고장 유형에서의 발생 빈도 비율에 따라 서로 다른 가중치를 부가하는 단계를 더 포함하는, 디지털 보호 계전기들의 동적 성능 비교평가 방법.In claim 7,
Dynamic of digital protection relays, further comprising adding different weights to the ZST score of each relay according to the failure type according to the frequency ratio of occurrence in the failure types of single-phase ground fault, line-to-line short circuit, line-to-line ground fault, and three-phase ground fault. Performance comparative evaluation method. 청구항 1에 있어서,
상기 TVR 점수는 각 계전기의 동작 시간 데이터를 이산화 신호 대비 잡음 비율 방법을 토대로 시간 대비 분산 비율로 확장한 것으로서, 상기 ZST 점수를 위한 기준 시간 내에 동작하는 시간에 대한 지표인, 디지털 보호 계전기들의 동적 성능 비교평가 방법.In claim 1,
The TVR score expands the operation time data of each relay into a time-to-dispersion ratio based on the discretized signal-to-noise ratio method, and is an indicator of the operating time within the reference time for the ZST score, the dynamic performance of digital protection relays. Comparative evaluation method. 청구항 1에 있어서,
상기 TEVR 점수에 기초하여, 상기 복수의 계전기들의 특성을 토대로 분산의 가중치를 조정하고, 상기 가중치의 분산을 통해 상기 TVR의 분산에 대한 민감도를 증가시키는, 디지털 보호 계전기들의 동적 성능 비교평가 방법.In claim 1,
Based on the TEVR score, a method for comparing and evaluating the dynamic performance of digital protection relays, adjusting the weight of the dispersion based on the characteristics of the plurality of relays, and increasing sensitivity to the dispersion of the TVR through the dispersion of the weight. 청구항 10에 있어서,
상기 TCP 점수에 기초하여, 상기 복수의 계전기들의 기준 시간 내에 동작하는 경우와 상기 기준 시간 외에 동작하는 경우를 모두 포함하도록 상기 누적 확률 함수를 이용하여 TVR 또는 TEVR을 보상하는, 디지털 보호 계전기들의 동적 성능 비교평가 방법.In claim 10,
Based on the TCP score, dynamic performance of digital protection relays that compensates TVR or TEVR using the cumulative probability function to include both cases of operation within the reference time of the plurality of relays and cases of operation outside the reference time. Comparative evaluation method. 청구항 11에 있어서,
상기 TVR 또는 상기 TEVR을 보상하기 위한 근사치 보상 모델은 동작 시간 데이터를 이산화 시간으로 변환하고, 변환된 이산화 시간을 지수 함수로 변환하고, 변환된 지수 함수를 시계열적 시간 상에서 비교한 소정의 결과치에 따라 생성된 경험적 분포 함수를 이용하는, 디지털 보호 계전기들의 동적 성능 비교평가 방법.In claim 11,
An approximate compensation model for compensating the TVR or TEVR converts operating time data into discretized time, converts the converted discretized time into an exponential function, and compares the converted exponential function in time series according to a predetermined result. A dynamic performance comparative evaluation method of digital protection relays using the generated empirical distribution function. 청구항 1에 있어서,
상기 비교평가하는 단계는, 상기 ZST 점수, 상기 TVR 점수, 상기 TEVR 점수 및 상기 TCP 점수를 결합하고 상기 복수의 계전기들의 비교를 위해 각 성능 점수를 일반화하여, 일반화된 성능 점수를 생성하는 단계를 포함하는, 디지털 보호 계전기들의 동적 성능 비교평가 방법.In claim 1,
The comparative evaluation step includes combining the ZST score, the TVR score, the TEVR score, and the TCP score and generalizing each performance score for comparison of the plurality of relays, thereby generating a generalized performance score. A dynamic performance comparative evaluation method of digital protection relays. 청구항 13에 있어서,
상기 비교평가하는 단계는, 상기 일반화된 성능 점수에 기초하여 각 계전기의 총 성능 점수를 계산하고 비교 지표 값을 계산하여 상기 복수의 계전기들의 성능을 비교하는 단계를 더 포함하는, 동적 성능 비교평가 방법.In claim 13,
The comparative evaluation step further includes the step of comparing the performance of the plurality of relays by calculating a total performance score of each relay based on the generalized performance score and calculating a comparison index value, a dynamic performance comparative evaluation method. .
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