KR19980081047A

KR19980081047A - 전력 시스템의 탈조 검출 방법 및 장치

Info

Publication number: KR19980081047A
Application number: KR1019980011713A
Authority: KR
Inventors: 사또마사히로
Original assignee: 니시무로다이조; 가부시끼가이샤도시바
Priority date: 1997-04-02
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 1998-11-25
Also published as: EP0869599A2; CN1136459C; US6212446B1; CN1204773A; JPH10336883A; EP0869599A3

Abstract

본 발명은 2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템의 탈조를 검출하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은으로 상기 전력 시스템의 전압과 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 스텝, 상기 전압 및 전류 취득 스텝에 의해 취해진 상기 전압과 전압 전류 사이의 위상각의 차를 산출하는 위상각차 산출 스텝 및 상기 위상각의 차를 수신하여, 각 측정 주기마다 상기 위상각차의 변화량을 얻어서, 상기 위상각차의 변화량이, 위상각의 급격한 변화를 검출하는 소정의 임계치 이하이고, 위상각차와 미리 설정된 탈조 판단 위상각차 이상일 경우에는,상기 전력 시스템에서 2 전력 계통 사이에 탈조가 발생하였음을 판단하는 탈조 판단 스텝을 포함한다.

Description

전력 시스템의 탈조 검출 방법 및 장치

본 발명은 전력 시스템에서 탈조를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전력 시스템에서 상호 연결선 양측에 설비된 발전기 그룹 사이에서 발생하는 탈조를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전력 시스템에서 고정을 예측하는 방법 및 장치에 관련된다.

전력 시스템에서 송전선의 양측에 설비된 발전기 그룹 사이에서 발생하는 탈조를 검출하는 경우, 도 20에 나타낸 탈조 검출 장치(101)가 제공된다. 도 20에서, G는 발전기를 표시하고, BUS는 모선, TL은 송전선, TR은 변압기, L은 부하, 102는 변류기, 103은 계기용 변압기이다.

그런데, 상술한 탈조 검출 장치(101)을 이용하여 탈조를 검출하기 위해서는, 몇가지 탈조 검출 방법이 알려져 있다. 이들 중 하나는, 송전선의 한쪽 단말에 설비된 탈조 검출 장치(101)에 의해 검출된 전력 시스템의 임피던스 변화를 이용하여 탈조를 검출하는 방법이다. 다른 하나는, 송전선의 양단에서 전압의 위상차로부터 탈조를 검출하는 방법이다. 이하에서는, 이들 탈조 검출 장치의 각각에 대해 설명한다.

(1) 임피던스의 변화로부터 탈조를 검출하는 방법.

이 탈조 검출 방법은 두 시스템이 적용된다: 즉 2중 원 시스템(도 21a 참조) 및 3 영역 시스템(도 21b 참조).

2중 원 시스템은, 도 20에 나타낸 바와 같이 송전선(TL)의 단자에서 탈조 검출 장치(101)에 장착된 릴레이의 임피던스 특성으로부터 탈조를 검출하는 방법이다. 구체적으로, 도 21a에서, 접지점에서 릴레이에 의해 관측된 임피던스를 원(A)과 원(B)으로 분할하고, 미리 3 임피던스 영역(Z1, Z2, Z3)을 설정한다. 영역(Z1)은 원(A)의 내부에 있으며, 시스템에 고장이 있을 때 릴레이에 의해 관측된 임피던스에 대한 것이다. 영역(Z2)은 원(A)과 원(B) 사이에 존재하는 임피던스에 대한 것이다. 영역(Z3)은 원(B)의 외부에 있으며, 시스템의 정상 운전시에 릴레이에 의해 관측된 임피던스에 대한 것이다.

일반적으로, 전력 시스템이 탈조 상태일 때, 릴레이에 의해 관측된 임피던스(Z)가 영역(Z3)으로부터 영역(Z2)으로, 그리고 영역(Z1)으로 비교적 서서히 변화하며 이동한다. 2중 원 시스템은 임피던스가 규정 시간을 초과하여 영역(Z2)에 머무른 후에 영역(Z1)으로 이동할 때, 전력 시스템이 탈조 상태임을 판단한다.

3 영역 시스템, 즉 도 21b의 3 영역(Z11, Z12, Z13)을 미리 2중 원 시스템에서와 같은 방식으로 설정한다. 이 상태에서는 릴레이에 의해 관측된 임피던스(Z)는 영역(Z13)으로부터 영역(Z12)으로, 그리고 영역(Z11)으로 비교적 서서히 이동한다. 이 3 영역 시스템은 임피던스(Z)가 소정 시간을 초과하여 영역(Z13)에 머문 후에 영역(Z12)으로 이동할 때, 전력 시스템이 탈조 상태임을 판단한다.

(2) 송전선 양단의 전압 사이의 위상차로부터 탈조를 검출하는 방법.

이 탈조 검출 방법에서는, 각각의 전압을 검출하는 2 전압 검출 수단이 송전선(TL)의 양단에 설치된다. 마이크로파 회로와 같은 송전 수단을 통하여 이들 검출 전압을 교환함으로써, 양단에서 전압 사이의 위상각의 차를이가 180°를 넘으면, 전력 시스템이 탈조인 것으로 판단한다.

상술한 임피던스의 변화로부터 탈조를 검출하는 방법은, 임피던스가 각 영역을 통과하는 시점에서 탈조를 검출하는 것이다. 그러나 임피던스가 서서히 변화하며 영역을 통과하므로, 영역의 폭을 결정하기가 매우 어렵다. 달리 말하면, 결정된 영역 폭에 따라 탈조 여부가 판단되거나 안되기도 하여 탈조 검출의 신뢰도가 불량인 문제가 있다. 또한 임피던스(Z)가 각 영역을 통과하는 시간이 미리 정해져 있을지라도, 특별한 경우에 있어, 임피던스(Z)가 소정의 시간보다도 빠른 속도로 변화하면 탈조를 검출할 수가 없다.

한편, 송전선의 양단의 전압간의 위상차로부터 탈조를 검출하는 방법에 있어서는, 송전선 양단의 전압은 마이크로파 회로와 같은 송전 수단을 사용하여 송전한다. 그 결과, 비용의 증가가 불가피하고, 전압이 0이 되는 탈조점의 송전선 위칠를 발견하기가 어렵다.

따라서, 본 발명의 하나의 목적은, 2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템에서, 각종 임피던스 영역을 미리 결정하지 않고도 높은 정밀도로 탈조를 검출할 수 있는 방법과 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템에서 특별한 송전 수단을 사용하지 않고도, 높은 정밀도로, 그리고 낮은 비용으로 탈조를 검출할 수 있는 방법과 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 장래의 탈조를 예측하고, 2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템에서, 장래의 탈조를 예측해서 다른 발전기에 동기 탈조의 영향이 미치는 것을 미리 방지할 수 있는 방법과 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 전력 시스템의 탈조 검출 방법 및 전력 시스템의 탈조 검출 장치의 제1 실시예를 나타내는 블록도.

도 2는 모선의 전압과 송전선의 전류를 샘플링하는 샘플링 주기의 설명도.

도 3은 위상각차와 위상각차의 변화량으로부터 탈조가 존재하는 것을 판단하는 설명도.

도 4는 탈조 발생 전후의 발전기 내부 전압 벡터, 모선 전압 및 송전 전류의 관계를 나타내는 설명도.

도 5는 송전선 저항을 고려할 때 발전기 내부 전압 벡터, 모선 전압 및 송전 전류의 관계에 대한 설명도.

도 6은 본 발명의 전력 시스템의 탈조 검출 방법 및 전력 시스템의 탈조 검출 장치의 제2 실시예를 나타내는 블록도.

도 7은 탈조로 판단될 때 전압이 0으로 되는 지점(탈조 위치)을 발견하기 위해 산출된 임피던스의 설명도.

도 8은 본 발명의 전력 시스템 탈조 검출 장치의 제3 실시예를 나타내는 블록도.

도 9는 송전선 길이와 임피던스로부터 얻은 거리 사이의 관계를 나타내는 설명도.

도 10은 본 발명의 전력 시스템 탈조 검출 장치의 제4 실시예를 나타내는 블록도.

도 11은 시스템에 탈조가 발생하였을 때 전류와 전력 사이의 관계를 나타내는 설명도.

도 12는 전력 시스템 탈조 검출 장치의 제5 실시예를 나타내는 블록도.

도 13은 전력 시스템 탈조 검출 장치의 제6 실시예를 나타내는 블록도.

도 14는 본 발명의 전력 시스템 탈조 예측 방법과 전력 시스템 탈조 예측 장치의 제7 실시예를 나타내는 블록도.

도 15는 복수의 시간에서 위상각차로부터 예측 탈조 시간을 얻는 설명도.

도 16은 본 발명의 전력 시스템 탈조 검출 장치의 제8 실시예를 나타내는 블록도.

도 17은 본 발명의 전력 시스템 탈조 검출 장치의 제9 실시예를 나타내는 블록도.

도 18은 복수의 시간에서 전압과 전류로부터 장래의 탈조를 검출하는 설명도.

도 19는 전압과 전류로부터 장래의 유도 리액턴스를 예측하는 설명도.

도 20은 전력 시스템과 종래의 탈조 검출 장치 사이의 관계를 나타내는 블록도.

도 21은 종래의 탈조 검출 방법의 설명도.

본 발명의 이들 및 다른 목적은, 2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템의 탈조를 검출하는 방법을 제공함으로써 달성된다. 이 방법은 주기적으로 상기 전력 시스템의 전압과 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 스텝, 상기 전압 및 전류 취득 스텝에 의해 취해진 상기 전압과 전압 전류 사이의 위상각의 차를 산출하는 위상각차 산출 스텝 및 상기 위상각의 차를 수신하여, 각 측정 주기마다 상기 위상각차의 변화량을 얻어서, 상기 위상각차의 변화량이 위상각차의 급격한 변화를 검출하는 소정의 임계치 이하이고, 위상각차가 미리 설정된 탈조 판단 위상차 이상일 경우에는, 상기 전력 시스템의 2 전력 계통 사이에 탈조가 발생하였음을 판단하는 탈조 판단 스텝을 포함한다.

본 발명의 한 관점에 의하면, 2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템의 탈조를 검출하는 장치가 제공된다. 이 장치는 주기적으로 상기 전력 시스템의 전압과 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 수단, 상기 전압 및 전류 취득 수단에 의해 취해진 상기 전압과 전압 전류 사이의 위상각의 차를 산출하는 위상각차 산출 수단 및 상기 위상각의 차를 수신하기 위해 접속되어, 각 측정 주기마다 상기 위상각차의 변화량을 얻어서, 상기 위상각차의 변화량이 위상각의 급격한 변화를 검출하는 소정의 임계치 이하이고, 위상각차가 미리 설정된 탈조 판단 위상차 이상일 경우에는, 상기 전력 시스템의 2 전력 계통 사이에 탈조가 발생하였음을 판단하는 탈조 판단 수단을 포함한다.

본 발명의 다른 관점에 의하면, 2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템의 탈조를 검출하는 장치가 제공된다. 이 장치는, 주기적으로 상기 전력 시스템의 전압과 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 수단, 상기 전력 시스템의 모든 위상의 상기 전압과 전류를 사용하여 모든 위상의 유효 전력을 산출하고, 모든 위상의 유효 전력을 가산하여 총 유효 전력을 산출하는 전력 처리 수단, 상기 전력 처리 수단으로부터 총 유효 전력과 상기 전압 및 전류 취득 수단으로부터 모든 위상의 전류 중의 하나를 수신하기 위해 접속되어, 상기 하나의 전류가 증가 추세로부터 감소 추세로 변화하고, 상기 총 유효 전력의 극성이 반전되었을 때, 상기 전력 시스템의 2 전력 계통 사이에 탈조가 발생하였음을 판단하는 탈조 판단 수단을 포함한다.

본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템의 탈조를 예측하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은, 주기적으로 상기 전력 시스템의 전압과 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 스텝, 상기 전압 및 전류 취득 스텝에 의해 취해진 상기 전압과 전압 전류 사이의 위상각의 차를 산출하는 위상각차 산출 스텝, 상기 위상각차 산출 스텝에 의해 산출된 복수의 상기 위상각의 차를 사용하여 장래의 위상각 차를 예측하기 위한 예측 방정식의 파라미터를 평가하는 파라미터 평가 스텝, 상기 파라미터 평가 스텝에 의해 평가된 상기 파라미터를 사용하여 얻은 상기 예측 방정식을 이용하여 장래의 위상각 차를 예측하는 위상각차 예측 스텝 및 상기 장래의 위상각 차를 수신하여 상기 위상각차 예측 스텝에 의해 예측된 장래의 위상각차가 미리 설정한 탈조 판단 위상각차에 도달했을 때, 장래의 예측 탈조 시간을 예측하는 탈조 예측 스텝을 포함한다.

본 발명의 또 하나의 관점에 의하면, 2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템의 탈조를 예측하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는, 주기적으로 상기 전력 시스템의 전압과 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 수단, 상기 전압 및 전류 취득 수단에 의해 취해진 상기 전압과 전압 전류 사이의 위상각의 차를 산출하는 위상각차 산출 수단, 상기 위상각차 산출 수단에 의해 산출된 복수의 상기 위상각의 차를 사용하여 장래의 위상각 차를 예측하는기 위한 예측 방정식의 파라미터를 평가하는 파라미터 평가 수단, 상기 파라미터 평가 수단에 의해 평가된 상기 파라미터를 사용하여 얻은 상기 예측 방정식을 이용하여 장래의 위상각 차를 예측하는 위상각차 예측 수단 및 상기 장래의 위상각 차를 수신하기 위해 접속되어, 상기 위상각차 예측 수단에 의해 예측된 장래의 위상각차가 미리 설정한 탈조 판단 위상각차에 도달했을 때, 장래의 예측 탈조 시간을 예측하는 탈조 예측 수단을 포함한다.

본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템의 탈조를 검출하는 장치가 제공된다. 이 장치는, 주기적으로 상기 전력 시스템의 전압과 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 수단, 상기 전압 및 전류 취득 수단에서 취해진 상기 전력 시스템의 모든 위상의 상기 전압 및 상기 전류를 정상 전압 및 정상 전류로 변환하는 양의 위상 성분 변환 수단, 상기 양의 상 전압과 상기 양의 위상 전류 사이의 위상각의 차를 산출하는 위상각차 산출 수단, 상기 위상각의 차를 수신하기 위해 접속되어, 각 측정 주기마다 상기 위상각차의 변화량을 얻어서, 상기 위상각차의 변화량이 위상각의 급격한 변화를 검출하는 소정의 임계치 이하이고, 위상각차가 미리 설정된 탈조 판단 위상차 이상일 경우에는, 상기 전력 시스템의 2 전력 계통 사이에 탈조가 발생하였음을 판단하는 탈조 판단 수단, 상기 전력 시스템에서의 상기 탈조가 판단되었을 때 상기 정상 전압과 상기 정상 전류를 사용하여 상기 송전선상의 상기 전압이 0이 되는 지점까지의 임피던스를 산출하는 임피던스 산출 수단 및 상기 임피던스 산출 수단에 의해 산출된 상기 임피던스와 상기 송전선의 단위 길이당 임피던스를 사용하여 거리를 산출하고, 상기 거리에 의거하여 상기 탈조 위치를 포함한 상기 송전선을 지정하는 탈조 송전선 지정 수단을 더 포함한다.

이하에서는, 동일 또는 대응하는 부분에 동일한 참조 부호를 붙인 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 전력 시스템의 탈조 검출 방법 및 전력 시스템의 탈조 검출 장치의 제1 실시예를 나타내는 블록도이다. 이 도면에 나타낸 전력 시스템은 도 20에 나타낸 전력 시스템의 송전선 부근의 탈조 검출 부분을 상세하게 나타낸 것이고, 다른 부분은 단순화한 상태로 나타낸다. 즉, 전력 시스템에서 송전선(3)이 접속된 2 전력계통(1₁, 1₂)의 상태를 나타내며, 2₁과 2₂는 각각 모선이다. 송전선(3)에 붙인 기호 a, b, c는 위상의 명칭을 나타낸다. 달리 말하면, a, b, c는 각각 a상, b상, c-상을 나타낸다. 또한, 탈조는 3상 모선(2₁)와 3상 송전선(3)으로부터 각각 3상 전압(Va, Vb, Vc)과 3상 전류(Ia, Ib, Ic)을 측정함으로써 검출된다. 하기에는 설명의 편의상 1개 상만을 설명한다. 또한, 전력 시스템(1₁, 1₂)에는 통상 복수의 발전기가 장착된다. 그러나, 도 1에는 전력 시스템(1₁, 1₂)에 1개의 발전기(G)와 1개의 발전기(S)만을 각각 장착한 것으로 나타낸다.

여기서, 본 실시예의 탈조 검출 장치는, 모선(2₁)으로부터 전압과 송전선(3)으로부터 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 수단인 아날로그-디지탈 변환부와 디지탈 처리부로 구성된다.

아날로그-디지탈 변환부(10)는 모선(2₁)으로부터 계기용 변압기(11)를 거쳐 취하는 전력 계통 전압의 주파수로와 동일한 주파수 성분인 기본 성분(예를 들어, 50㎐)을 전압의 노이즈 성분을 제거해서 출력하는 필터(12), 전류의 노이즈(noise) 성분을 제거함으로써, 송전선(3)으로부터 변류기(13)를 거쳐 취하는 전류의 기본 성분(예를 들어, 50㎐)을 전류의 노이즈 성분을 제거해서 출력하는 필터(14)로 구성된다. 또한, 기본파 주파수의 12배와 같은 주파수(600㎐)의 샘플링 주기로, 이들 필터(12, 14)를 동시에 고속으로 각각 통과하는 기본 성분의 전압과 전류를 샘플링하여, 이 샘플값을 보존하는 샘플 보존 수단(15, 16)이 제공된다. 또한 샘플된 전압과 전류를 주기적으로 분류하는 멀티플렉서(17)와, 멀티플렉서(17)의 출력을 디지탈 전압과 전류로 변환시키는 A/D 변환기(18)가 더 제공된다.

다른 한편, 상술한 디지탈 처리부(20)는, 디지탈 변환된 전압과 전류의 샘플링값을 저장하는 샘플링 데이타 저장 수단(21) 및 샘플링 데이타 저장 수단(21)으로부터 데이타를 취하여, 예를 들어 약 10㎳의 시간 간격으로 순서대로 전압과 전류의 유효값을 산출하여, 전압과 전류의 이들 유효값에 의거해서 위상각의 차를 산출하는 위상각차 산출 수단(22)으로 구성된다. 또한 위상각차 산출 수단(22)으로부터 출력된 전압과 전류의 유효값을 순서대로 저장하는 유효값 데이타 저장 수단(25), 위상각의 차를 순서대로 저장하는 위상각차 데이타 저장 수단(23), 및 위상각차 데이타 저장 수단(23)에 저장된 위상각차 데이타를 사용하여 탈조를 판단하는 탈조 판단 수단(24)이 더 제공된다.

또한, 상 전압은 중성점 접지 또는 직접 접지의 경우에는, 계기용 변압기(11)로부터 출력된 전압으로 생각할 수 있지만, 위상간의 선간 전압이 계기용 변압기(11)로부터의 출력일 수도 있다. 선간 전압인 경우에는, 소정의 변환 계수로 선간 전압을 곱함으로써 상 전압과 같게 취급할 수가 있다. 계기용 변압기(13)로부터 입력된 전류는 송전선(3)의 선 전류를 나타낸다.

샘플 보존 수단(15, 16)은 오실레이터로부터 출력된 샘플링 신호를 수신하면, 필터(12, 14)로부터 출력된 전압과 전류의 아날로그양을, 예를 들어 600㎐로 각각 샘플링한다. 따라서 600㎐로 생플링하면, 각각 30°에서 전압 샘플 값(Vm-3, Vm-2, Vm-1)과 전류 샘플값(Im-3, Im-2, Im-1)을 멀티플렉서(17)를 거쳐 A/D 변환기(18)내로 취할 수 있다.

또한 도 2에서, m, m-1, m-2, m-3은 이 때의 샘플링 번호, 그 직전의 샘플링 번호, 두 번째 이전의 샘플링 번호, 세 번째 이전의 샘플링 번호를 각각 나타낸다.

위상각차 산출 수단(22)은 샘플링 데이타 저장 수단(21)에 각각 저장된 전압 및 전류 데이터로부터의 복수의 전압 및 전류, 예를 들어 Vm-3, Vm 및 Im-3, Im를 사용하여 유효 전압값(V)과 유효 전류값(I)을 얻는 기능을 갖는다. 탈조 판단을 위한 충분한 시간, 예를 들어 10 - 20㎳와 같은 시간마다, 상기 유효 전압값(V)과 유효 전류값(I)으로부터 위상각차(θ)를 구하는 위상각차 산출 기능도 갖는다.

탈조 판단 수단(24)에서, 위상각의 급격한 변화를 검출하는 임계값(ε)이, 각 측정 주기마다 위상각차(θ)의 변화량(Δθ)에 대해 미리 정해지고, 탈조 판단 위상각차(θc)(이하에서는 단순히 기준(θc)라 한다)는 위상각차(θ)에 대해 설정된다. 순서대로 구한 변화량(Δθ)이 위상각의 갑자스런 변화를 검출하는 임계값(ε) 보다 작을 때, 탈조 판단 수단(24)은, 위상각차(θ)를 기준(θc)과 비교함으로써 탈조 발생 여부를 판단한다.

다음에, 상술한 바와 같이 구성된 탈조 검출 장치의 동작을 설명한다.

필터(12)는 모선(1₁)로부터 변압기(11)를 거쳐 얻은 전압을 취하여 고조파 성분을 제거한 후, 전압의 기본 성분을 샘플 보존 수단(15)으로 보낸다. 마찬가지로 필터(14)는 송전선(3)으로부터 변류기(13)를 거쳐 얻은 전류를 취하여 고조파 성분을 제거한 후, 전류의 기본 성분을 샘플 보존 수단(16)으로 보낸다.

이들 샘플 보존 수단(15, 16)은 오실레이터(도시하지 않음)로부터 샘플링 신호를 수신하여, 전압과 전류를 예를 들어 600㎒로 동시에 샘플링하고, 다음에 멀티플렉서(17)는 주기적으로 이들 샘플값을 분류하여 각각 A/D 변환기(18)로 보낸다. 이 A/D 변환기(18)는 입력된 전압과 전류의 샘플링된 값들(아날로그량)을 디지탈 전압(…Vm-3, Vm-2, Vm-1, Vm) 및 디지탈 전류(…Im-3, Im-2, Im-1, Im)로 순차적으로 변환하여 샘플링 데이타 저장 수단(21)에 저장한다.

다음에 위상각차 산출 수단(22)은 샘플링 데이타 저장 수단(21)으로부터, 예를 들어 세 번째 이전과 이 시점의 전압(Vm-3, Vm)과 전류(Im-3, Im)를 취하여, 다음 수학식 1, 2에 따라서 유효 전압값(V)과 유효 전류값(I)을 산출한다. 즉, 다음의 수학식을 이용하여, 유효 전압값(V)과 유효 전류값(I)을 산출하고, 이들을 유효값 데이타 저장 수단(25)에 저장한다.

2·V²= Vm²+ (Vm-3)²

2·I²= Im²+ (Im-3)²

이후에, 위상각차 산출 수단(22)은 유효값 데이타 저장 수단(25)에 저장된 유효 전압값(V)과 유효 전류값(I)을 사용하여 위상각차(θ)를 산출한다. 이 위상각차(θ)를 θ라 하면, 다음 수학식 3으로부터 위상각차(θ)를 구할 수가 있다;

2·V·I·cos(θ) = Vm·Im + Vm-3·Im-3

즉, 위상각차(θ)는 수학식 3을 다음식으로 변형하여 구한다.

θ = arc cos｛(Vm·Im + Vm-3·Im-3)/2·V·I｝

상술한 바와 같이 순차적으로 산출한 위상각차(θ)는 주기적으로 위상각차 데이타 저장 수단(23)에 저장된다.

다음에 위상각차 데이타 저장 수단(23)으로부터 위상각차(θ)의 데이터를 취하여 탈조 판단 수단(24)에서 탈조 발생을 판단하는 것을 상세히 설명한다.

송전선에 고장이 발생하거나 또는 리액터 부하가 가해지면, 전력 시스템 내의 전압과 전류 간의 위상차가 갑자기 순간적으로 90°가까운 값으로 변화하므로, 송전선의 양측에 위치하는 발전기 그룹 사이에서 발생하는 탈조로부터의 위상차의 급격한 변화를 식별할 수가 없다.

그러나 송전선의 양측에 위치하는 발전기 그룹 사이에서 발생하는 탈조인 경우에는, 전압과 전류 사이의 위상각차는 갑자기 변하는 일이 없이 점차적으로 변화한다. 따라서 탈조 판단 수단(24)은 이러한 현상을 이용하여 아래에 나타내는 바와 같이 발전기 그룹 사이에서 발생하는 탈조만을 판단한다.

먼저 하기에는 측정점에서의 위상각차(θ)의 변화량(Δθ)이 위상각의 급격한 변화를 검출하는 임계값(ε) 이하이고, 고장이나 리액터 부하가 접속되어도 변화(Δθ)가 발생하지 않는 전제 아래서 설명한다.

도 3a에 나타낸 바와 같이, 전압과 전류간의 위상각차(θ)는 발전기 사이의 위상각이 벌어지면 커진다. 어떤 시점에서 측정한 전압과 전류간의 위상각차 값의 변화량이 Δθ라 할 때, 이 Δθ는 도 3b에 나타낸 바와 같이 변화한다. 그래서, 만일 변화량(Δθ)이 갑자기 변화하는 일이 없고, 위상각의 급격한 변화를 검출하는 임계값(ε) 이하일 때, 위상각차(θ)가 기준값(θc)을 넘을 경우에는, 탈조 판단 수단(24)은 전력 시스템이 탈조 상태에 있음을 판단한다.

다음에 도 3c에 따라 처리 스텝을 설명한다.

지금 시간 T-1, T에서의 위상각차가 θ_T-1, θ_T이라면, 시간 T-1, T 사이의 위상각차의 변화량(ΔθT)은 다음 수학식 5에 의해 산출된다:

Δθ_T= θ_T- θ_T-1

고장 중의 변화와 탈조시의 변화를 구별하는 조건은 위상각의 급격한 변화를 검출하는 임계값이 ε 이하일 때, 다음의 긱 수학식이 성립되는 것이다:

Δθ_T-n의 절대값 ε

Δθ_T-1의 절대값 ε

Δθ_T의 절대값 ε

여기서, n은 판단의 지정 회수를 나타낸다. (s2)

만일, 상기 각 수학식이 성립되지 않으면, 변화가 고장 등에 의한 위상각차에 인한 것으로 취급한다.

또한 예를 들어, 시간 T와 T-1 사이의 간격이 약 1㎐ - 0.5㎐이고, 판단의 회수(n)가 약 3 -10로 한 것이다.

다음, 전압과 전류간의 위상각차(θ)가 기준(θc)을 넘어 탈조로 판단하는 조건을 나타낸다.

위상각차(θ)가 아래 나타낸 바와 같이 조건 1과 2하에서 변화할 때는, 탈조가 시간 T-1과 T 사이에서 발생하는 것으로 판단한다.

조건 1: 시간 T-1에서: θT-1 θc

조건 2: 시간 T: θT θc

여기서 송전선의 저항이 무시할 수 있을 정도로 적다면, 기준(θc)은 약 90°이고, 예를 들어, 500㎸의 송전선의 경우에는, 송전선의 저항이 그 리액턴스와 비교하여 매우 작을 때의 적절한 값은 85°~ 90°의 범위이다.

다음에, 탈조 전후의 전압과 전류의 벡터 관계를 설명한다.

설명을 간단하게 하기 위해, 발전기(G 및 S)로 구성되는 2 발전기 시스템을 도 4a에 나타낸 바와 같이 사용한 것으로 한다. 여기서, 발전기(G 및 S)의 내부 전압이 각각 E_G및 E_S라 하고, 모선(N)의 전압을 V하 하고고, 송전선(TL)의 전류를 I라 하면, 도 4b∼4d에 나타낸 전압과 전류의 벡터 관계가 성립된다.

(1) 탈조 전의 전압과 전류의 벡터 관계에 대해서.

정상 상태나 교란 후의 과도 상태에서 탈조가 발생하기 전의 시점에서는, 양 발전기(G, S)의 내부 전압(E_G, E_S)간의 위상각차는 도 4b에 나타낸 바와 같이 180° 이하이다. 또한 송전선(TL)의 저항값(r)은 일반적으로 그 리액턴스 값(X)에 비해 매우 적어으므로, 여기서는 저항을 무시한다. 이 경우에, 발전기(G, S)간의 전류(I)와 전압(E_G, E_S)은 서로 거의 직교하고, 또한 전압(V)과 전류(I) 간의 위상각차(θ)는 90°이하이다.

(2) 탈조시의 전압과 전류의 벡터 관계에 대해서.

또한 도 4c에 나타낸 바와 같이, 양 발전기(G, S)의 전압(E_G, E_S)간의 위상각차는 180°로 넓어져서 전력 시스템은 탈조가 되며, 모선 전압(V)과 송전선 전류(I)는 서로 직교하게 된다. 즉, 전압(V)과 전류(I) 사이의 위상각차(θ)는 90°로 된다.

(3) 탈조 후의 전압과 전류의 벡터 관계에 대해서.

또한 도 4d에 나타낸 바와 같이, 양 발전기(G, S)의 전압(E_G, E_S)간의 위상각차가 180°를 넘으면, 전압(V)과 전류(I)간의 위상각차(θ)가 90°로 되어 탈조가 발생한다.

도 4에 나타낸 전압과 전류의 벡터 관계는 발전기(G, S)의 전압(E_G, E_S)을 사용된다. 그러나 송전선의 양단의 모선 전압을 발전기(G, S) 전압(E_G, E_S) 대신에 사용해도, 전압(V)과 전류(I)간의 동일한 백터 관계가 성립된다.

또한 상기에서는 저항을 무시한 경우에 대해 설명하였다. 그러나 송전선의 저항을 고려에 넣으면, 전압과 전류 사이의 관계는 도 5a에 나타낸 전압과 전류의 벡터 관계와 같이 될 것이다. 즉, 발전기(G)의 전압(E_G)과 발전기(S)의 전압(E_s) 사이의 위상각차가 180°로 되는 시점에서, 모선 전압(V)과 송전선(TL) 전류(I) 사이의 위상각차(θ)를 다음 수학식 11로부터 산출할 수가 있다.

tanθ = X·I/(r·I) = X/r

이 수학식으로부터 산출되는 값(θ)은 90°와 일치하지 않는다. 그러나 일반적으로 X r이면, θ는 거의 90°가 된다. 만일 예를 들어, X/r 20이면, θ는 87.1°가 된다. 이 값(θ)이 상술한 범위, 예를 들어 85°- 90°의 범위 내에 존재한다.

따라서 상술한 실시예에 의하면, 예를 들어 모선의 상 전압과 송전선의 선 전류가 측정하여, 이들 상 전압과 선 전류로부터 전압과 전류간의 위상각차(θ)를산출하고, 만일 위상각차(θ)의 변화량(Δθ)이 각 측정 주기마다 위상각의 급격한 변화를 검출하는 임계값 이하이고, 또한 위상각차(θ)가 기준치(θc)보다 크지면, 전력 시스템이 탈조 상태인 것으로 판단한다. 따라서 영역을 미리 설정할 필요가 없이, 그리고 데이터 통신을 위한 특별한 송전 수단을 사용할 필요가 없이, 모선을 포함한 송전선 양단의 발전기 그룹 사이의 탈조를 확실하게 판단할 수가 있다.

도 6은 본 발명의 본 발명의 전력 시스템의 탈조 검출 방법 및 전력 시스템의 탈조 검출 장치의 제2 실시예를 나타내는 블록도이다. 도 6에서 도 1에 나타낸 것들과 같은 동일 구성 성분는 동일 참조 부호를 붙이고, 그 설명을 생략하고 상이한 부분만을 설명한다.

도 6에 나타낸 실시예에서는, 유효값 데이터 저장 수단(25)으로부터 전력 시스템이 탈조인 것으로 판단하고, 디지탈 처리부(20)의 탈조 판단 수단(24)에 의해 전력 시스템이 탈조인 것으로 판단한 시점의 유효 전압값(V)과 유효 전류값(I)을 판독함으로써, 모선(2₁)으로부터 전압(V)이 0이 되는 송전선상의 지점, 즉 탈조 위치까지의 거리를 구하여 임피던스를 산출하기 위한 임피던스 산출 수단(26)이 새로이 제공된다.

다음에는 본 발명에 의한 탈조 검출 장치의 동작을 설명하기 전에, 상기와 같은 임피던스를 산출하는 이유에 대해 설명한다.

전력 시스템에서, 송전선 양단의 전압간의 위상각차(θ)가 180°를 넘으면, 송전선상의 어딘가에서 전압이 0으로 되는 소위 탈조 위치가 생긴다.

이 탈조 위치를 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7a는 송전선상의 전압 분포를 나타내는 도면이며, A는 전압이 0으로 되는 지점(탈조 위치)이다. 도 7b는 전압과 전류간의 벡터 관계를 나타내는 도면이다.

지금 송전선(3) 양단의 모선(21, 22) 대신에 모선(M 및 N)을 사용하고, 모선(N 및 M)의 전압을 각각 VN, VM이라 한다. 여기서 전압(VN 및 VM)간의 위상각차가 180°가 되면, 도 7b에 나타낸 바와 같이 전압의 크기가 0이 되는 지점이 존재한다. 송전선의 임피던스 값은 그 길이에 따라 결정되므로, 본 발명은 전압(VN, VM)간의 위상각차가 180°가 되는 순간에 측정한 전압과 전류로부터 임피던스값을 구함으로써, 송전선상의 전압이 0이 되는 탈조 위치를 발견할 수 있도록 하고 있다.

이 실시예에 의한 탈조 검출 장치의 동작의 설명에서는, 송전선 양단의 발전기 그룹간의 탈조 검출까지의 동작은 도 1∼도 5를 이용한 상기 실시예의 설명과 동일하므로 설명을 생략하고, 탈조 판단 수단(24)에 의해 탈조를 판단한 후의 동작에 대해 설명한다.

지금 송전선 양단의 발전기 그룹 사이의 탈조가 탈조 판단 수단(24)에 의해 판단되었다 하면, 이 판단된 신호는 임피던스 산출 수단(26)으로 보내진다. 도 7b에 나타낸 바와 같이 전압(V)과 전류(I)간의 위상각차가 90°이면, 탈조 위치가 생기는 지점에 대해 수학식 12로 나타낸 관계가 성립된다. 따라서 임피던스 산출 수단(26)은 다음 수학식 13에 의해 임피던스를 산출한다.

V - I·Z = 0

Z = V/I

이 수학식에서 송전선의 저항(r)이 그 리액턴스(X)보다 적으면, 임피던스(Z)는 jX(Z = jX)와 같아지므로, 상기 수학식 12를 V - jI·X = 0으로 표현할 수가 있다. 따라서 다음 수학식 14로부터 리액턴스(X)를 구할 수가 있다.

X = V/jI

유효 전압값(V)과 유효 전류값(I) 사이의 위상각차(θ)를 구한 후에, 이 위상각차(θ)가, 예를 들어 θ가 90°로 되는 것과 같이 수학식 9의 조건으로부터 수학식 10의 조건으로 바뀌면, 이 때의 전압(V)과 전류(I)를 이용하여 수학식 13 또는 수학식 14에 의해 임피던스(Z) 또는 리액턴스(X)를 구할 수가 있다.

송전선의 임피던스(Z) 또는 리액턴스(X)가 산출되면, 송전선의 단위 길이당 임피던스 또는 리액턴스를 이미 알고 있으므로, 산출된 임피던스(Z) 또는 리액턴스(X)로부터 탈조 발생 위치의 지점을 발견할 수가 있다.

또한 위상각차(θ)가 정확히 90°인 때만이 아니라 어떤 범위 예를 들어, 상기한 바와 같이 85 ~ 90°의 범위에 있을 때에도 전압(V) 및 전류(I)를 이용할 수가 있다.

따라서 상기한 실시예에 의하면, 도 1에 나타낸 실시예와 동일한 효과를 갖는다. 또한 이 때의 전압(V)과 전류(I)를 사용한 전압(V)과 전류(I) 사이의 위상각차(θ)가 90°로 될 때의 임피던스를 정확히 산출할 수 있고, 송전선상의 전압이 0으로 되는 탈조 발생 위치의 지점을 발견할 수가 있다.

도 8은 본 발명의 전력 시스템 탈조 검출 장치의 제3 실시예를 나타내는 블록도이다.

이 실시예에서는 임피던스 산출 수단(26)에 의해 산출된 임피던스와, 이미 알고 있는 송전선의 단위 거리당 임피던스를 이용하여 거리를 산출하여 얻은 송전선상의 탈조 위치를 지정하는 탈조 송전선 지정 수단(27)이, 도 6에 나타낸 구성 성분에 부가된다. 또한, 송전선 지정 데이타 저장 수단(28)이 부가되는데, 이는 송전선의 지정에 필요한 데이타, 즉 송전선의 단위 길이당 임피던스값(u), 모선(N, M)간의 송전선 길이(L)를 저장하는 것이다.

다른 구성 성분는 도 6에 나타낸 것들과 완전히 동일하며, 따라서 동일 구성 성분의 설명은 여기서 생략한다.

다음에 본 실시예에 의한 장치의 동작을 설명하기 전에, 탈조 위치가 나타나는 송전선을 지정하는 이유를 설명한다.

송전선 양단의 전압의 위상각차가 180°가 되면, 전압이 0이 되는 지점 즉, 탈조 위치가 송전선의 어떤 지점에 나타난다. 도 7a는 송전선 양단의 전압(VN, VM)간의 위상각차가 180°가 될 때의 전압 분포도를 나타내며, A는 전압이 0이 되는 탈조 위치 지점이다. 도 7b는 전압과 전류간의 벡터 관계를 나타내는 도면이다. 지금 송전선 양단에 있는 모선(N, M)의 전압(VN, VM)간의 위상각차가 180°가 되었다 하면, 전압의 크기가 0이 되는 지점이 나타난다. 예를 들어, 상기 수학식 13에 의해 송전선(3)의 모선(N) 전압(VN)(VN=V)과 전류(I)로부터 탈조 위치까지의 임피던스(Z)를 산출한 후에, 이 산출된 임피던스에 의거해서 모선(N)으로부터 탈조 위치까지의 거리를 구할 수가 있다. 한편, 모선(N, M)간의 송전선 길이는 이미 알고 있다. 따라서 이 송전선의 길이를 산출된 임피던스로부터 구한 거리와 비교하면, 모선(N, M)간의 송전선상의 탈조 위치가 존재하는가의 여부를 판단할 수가 있다.

도 8에 나타낸 탈조 검출 장치의 동작의 설명에서는, 송전선 양단의 발전기 그룹간의 탈조 검출까지의 동작은 도 1∼도 5를 이용하여 설명한 것과 동일하므로 생략하고, 탈조 판단 수단(24)에 의해 탈조를 판단한 후의 동작에 대해 설명한다.

도 1∼도 5를 이용하여 동일하게 설명하였으므로, 도 8에 나타낸 탈조 검출 장치의 동작을 설명함에 있어, 송전선 양단의 발전기 그룹간의 탈조 검출하기까지의 동작은 생략하고, 탈조 판단 수단(24)에 의해 탈조가 판단된 후의 동작을 설명한다.

지금 송전선 양단의 발전기 그룹 사이의 탈조가 탈조 판단 수단(24)에 의해 판단되었다 하면, 이 판단된 신호는 임피던스 산출 수단(26)으로 보내진다. 도 7b에 나타낸 바와 같이 전압(V)과 전류(I)간의 위상각차가 90°이면, 탈조 위치가 생기는 지점에 대해 수학식 12로 나타낸 관계가 성립된다. 따라서 임피던스 산출 수단(26)은 수학식 13에 의해 임피던스를 산출한다.

송전선의 저항(r)이 그 리액턴스(X)보다 적으면, 임피던스(Z)는 jX(Z = jX)와 같아지므로, 상기 수학식 12를 V - jI·X = 0으로 표현할 수가 있다. 따라서 수학식 14에 의해 리액턴스(X)를 구할 수가 있다.

또한 상기에서는 위상각의 차를 90°로 하였으나, 위상각차가 예를 들어 상기한 85 ~ 90°의 범위 내일 때도, 그 전압(V)과 전류(I)를 사용할 수 있다.

상기한 바와 같이 임피던스(Z) 또는 리액턴스(X)를 구한 후에, 이들 중 하나를 탈조 송전선 지정 수단(27)으로 보낸다.

이 탈조 송전선 지정 수단(27)은 전압과 전류을 측정한 송전선의 어느 지점에서 탈조 위치가 나타나는가를 지정한다. 우선 송전선의 단위 길이당 임피던스(u)가 송전선 지정 데이타 저장 수단(28)에 기억된다. 이 임피던스값(u)을 (r + jX)라 한다. 임피던스 산출 수단(26)에 의해 산출된 단위 길이당의 임피던스값(u)과 임피던스(Z)를 이용하여, 도 9a에 나타낸 바와 같이 모선(N)으로부터 탈조 위치가 나타나는 지점까지의 거리가 다음 수학식 15에 의해 산출된다.

d = Z/u

다음에 송전선의 저항(r)을 무시할 수 있으면, 다음 수학식 16을 얻는다:

d = X/x

여기서 탈조 송전선 지정 수단(27)은 송전선 지정 데이타 저장 수단(28)으로부터 모선(N, M) 사이의 송전선의 길이(L)를 판독하고, 이 송전선의 길이(L)를 상기 거리(d)와 비교한다. 다음의 수학식 17의 관계가 성립되면, 상기 길이(d)가 송전선의 길이(L)내에 있다는 것을 가리키며, 따라서 탈조 위치가 도 9b에 나타낸 바와 같이 이 송전선(TL)내에 있음을 나타낸다.

d ≤ L

반면에 다음의 수학식 18에 나타낸 관계로 되면, 탈조 위치는 송전선(TL)으로부터 멀리 떨어져 있는 것으로 간주한다.

d L

그러나 오차의 영향을 고려할 경우에는, 계수 α를 이용하여 나타낸 다음 수학식 19의 관계에 있으면, 탈조 위치는 전압과 전류가 측정한 송전선내에 있다고 판단한다.

d ≤ αL, (예를 들어, α = 0.95)

이 판단 결과를 CRT, 프린터 등과 같은 출력 장치로 출력한다.

따라서 상기한 실시예에 의하면, 전압(V)과 전류(I)간의 위상각차(θ)가 90°로 될 경우에, 이 시점의 전압(V)과 전류(I)를 사용하여 송전선상의 전압이 0으로 되는 특정 지점(탈조 위치)까지의 임피던스를 산출한다. 그 후에 이 산출된 임피던스값과 송전선의 미리 구한 단위 길이당 임피던스값으로부터 탈조 위치 지점까지의 거리를 구한다. 다음에 이 거리를 송전선의 전체 길이와 비교함으로써, 탈조 위치가 모선(M, N)에 접속된 특정 송전선에 있는지 여부를 판단할가 수가 있다. 따라서 상술한 바와 같이 영역을 설정할 필요가 없이, 그리고 특별한 데이타 통신 수단을 필요로 하는 일이 없이, 모선을 포함한 송전선의 전압(V)과 전류(I)를 사용하여 탈조 위치가 생기는 특정 송전선을 지정하고, 그 결과를 출력 장치(29)에 의해 운용자에게 제공한다.

도 10은 본 발명의 전력 시스템 탈조 검출 장치의 제4 실시예를 설명하는 블록도이다.

이 탈조 검출 장치는 아날로그-디지탈 변환부(10)와 디지탈 처리부(20)로 구성된다.

이 아날로그-디지탈 변환부(10)는 도 1에서 설명한 것과 같으므로, 여기서는 설명을 생략한다. 디지탈 처리부(20)는 샘플링 데이타 저장 수단(21)과 전력 처리 수단(33)으로 구성되며, 샘플링 데이타 저장 수단(21)에 저장된 a상, b상, c상의 샘플링 전압 및 전류, 즉 전압(Va, Vb, Vc)과 전류(Ia, Ib, Ic)를 입력하여, 각 상마다 이들 값을 곱함으로써 각 상의 유효 전력(Pa, Pb, Pc)을 산출하고, 이들 유효 전력(Pa, Pb, Pc)을 가산해서 총 유효 전력을 구하여 전력 데이타 저장 수단(32)에 저장한다. 이 총 유효 전력과 샘플링 데이타 저장 수단(21)에 저장된 전류를 사용하여 탈조를 판단하는 탈조 판단 수단(34)이 더 제공된다.

다음에 상술한 장치의 동작을 설명한다.

샘플 보존 수단(15)은 모든 상의 모선(2₁)으로부터 계기용 변압기(11)를 거쳐서 얻은 모든 상의 전압을 샘플링하여 보존하고, 이들을 멀티플렉서(17)로 보낸다. 샘플 보존 수단(16)은 모든 상의 송전선(3)으로부터 변류기(11)를 거쳐 얻은 전류를 샘플링하여 보존하고, 이들을 멀티플렉서(17)로 보낸다.

이 멀티플렉서(17)는, 각 소정의 주기에 대한 모든 상에서의 샘플링된 전압과 전류를 취하여, 이들을 A/D 변환기(18)로 보낸다. 이 A/D 변환기(18)는 모든 상의 샘플 아날로그 전압과 전류를 디지탈 전압(Va, Vb, Vc)과 디지탈 전류(Ia, Ib, Ic)로 변환하여, 이들을 샘플링 데이타 저장 수단(21)에 저장한다. 여기까지의 동작은 도 1 및 기타 실시예에서 설명한 것과 마찬가지이다.

본 실시예에서, 전력 처리 수단(33)은 샘플링 데이타 저장 수단(21)으로부터 각 상의 전압(Va, Vb, Vc)과 전류(Ia, Ib, Ic)를 판도하여, 다음 각 수학식에 의해 각 상마다 유효 전력(Pa, Pb, Pc)을 산출한다.

Pa = Va·Ia

Pb = Vb·Ib

Pc = Vc·Ic

상기와 같이 모든 상의 유효 전력(Pa, Pb, Pc)을 구하여, 이들 모든 상의 유효 전력(Pa, Pb, Pc)을 가산하여 총 유효 전력(P)을 산출하여, 전력 데이타 저장 수단(32)에 저장한다.

P = Pa + Pb + Pc

그 후에 탈조 판단 수단(34)은 전력 데이타 저장 수단(32)에 저장된 총 유효 전력(P)과 샘플링 데이타 저장 수단(21)에 저장된 전류 데이타를 사용하여 판단을 내린다.

이 탈조 판단에 있어서는, 소정의 주기로 측정한 전류(Ia)(또는 Ib, Ic)가 도 11에 나타낸 바와 같이, 증가 추세로부터 감소 추세로 변화하고, 총 유효 전력(P)의 극성이 상기 도 11에 나타낸 바와 같이 반전되면, 이 시점(Tb)에서 시스템에 탈조가 있는 것으로 판단한다.

즉, 탈조 판단 수단(34)은 전력(Pt)의 변화 추세와 매 시간(Δt)마다 얻은 전류를 체크하여, 전류가 증가 추세에서 감소 추세로 변화하고 총 유효 전력(P)의 극성이 반전하는 시점에서, 시스템이 탈조 상태인 것으로 판단한다. 도 11에 의해 이를 설명하면, 다음의 각 수학식이 성립될 경우에는 시간(t)과 시간(t + Δt) 사이에 탈조가 발생한 것으로 판단한다.

It - Δt It, It It + Δt

Pt·Pt + Δt 0

따라서 상술한 실시예에 의하면, 모든 위상의 유효 전력을 가산하여 구한 총 유효 전력이 0이 되고, 전류가 증가 추세로부터 감소 추세로 변화할 때, 모든 위상의 0전압과 전류를 측정함으로써 탈조가 판단된다. 따라서 모든 위상의 전압과 전류만을 측정해서 탈조를 판단할 수가 있다.

도 12는 전력 시스템 탈조 검출 장치의 제5 실시예를 나타내는 블록도이다.

이 전력 시스템 탈조 검출 장치는 도 1, 6, 8에 나타낸 모든 실시예에 적용할 수 있으나, 편의상 도 1에 적용한 예에 대해서만 설명한다. 따라서 도 12에서는 도 1에 나타낸 것과 동일 성분에는 동일한 참조 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략하며, 특별히 상이한 부분만을 설명한다.

이 탈조 검출 장치는 도 1의 탈조 판단 수단(24)에 선로 사고 제어 수단(41)이 부가되어, 탈조 판단 수단(24)이 전력 시스템의 탈조 상태를 판단하면, 전압과 전류를 측정하였던 모선을 포함한 송전선을 개방한다.

다음에, 본 실시예에 의한 상기 장치의 동작을 설명함에 있어, 아날로그-디지탈 변환부(10)와 디지탈 처리부(20)의 송전선 양단의 발전기들 간에 발생하는 탈조의 검출까지의 동작이, 도 1∼도 5를 이용하여 설명한 것과 같다. 따라서, 그 설명을 생략하고, 탈조 판단 수단(24)에 의해 탈조가 판단된 이후의 동작을 설명한다.

이제, 송전선 양단의 발전기들간의 탈조가 탈조 판단 수단(24)에 의해 판단될 때, 송전선을 열기 위해 선로 사고 제어 수단(41)이 송전선(3)에 설비된 회로 차단기(42)를 연다.

또한, 이 실시예를 도 8에 나타낸 전력 시스템 탈조 검출 장치에 적용할 때, 이 전력 시스템 탈조 검출 장치는, 탈조 송전선 지정 수단(27)의 출력 시스템에, 탈조 송전선 지정 수단(27)이 탈조 위치를 포함하는 송전선을 판단하면 모선을 포함하는 송전선을 여는 선로 사고 제어 수단(41)이 설비되는 구조로 된다.

그래서, 상기 실시예에 의해, 전력 시스템이 탈조로 판단되거나 탈조가 검출된 송전선이 판단되면, 송전선이 열린다. 따라서, 탈조가 발견될 때, 이전과 같은 설정 영역 없이 또한 이전과 같은 특별한 송전 수단에 대한 요구없이, 높은 속도로 송전선을 열 수 있다.

도 13은 전력 시스템 탈조 검출 장치의 제6 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.

본 실시예에서, 도 1∼도 8에 나타낸 것들의 결합 구조에 의해 탈조가 각각 발견되면, 전력 시스템 탈조 검출 장치는 송전선을 연다. 그래서, 도 13에서, 도 1∼도 10에 나타낸 것과 같은 동일 구성 성분는 동일 참조 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.

탈조 검출 장치의 아날로그-디지탈 변환부(10)에 필터(12, 14), 샘플 보존 수단(15, 16), 멀티플렉서(17), A/D 변환기(18)가 설비된다.

다른 한편, 탈조 검출 장치의 디지탈 처리부(20)에는, A/D 변환기(18)에 의해 변환된 디지탈 전압 및 디지탈 전류 데이타를 저장하기 위한 샘플링 데이타 저장 수단(21), 위상각차 산출 수단(22), 위상각차 데이타 저장 수단(23), 탈조 판단 수단(24), 유효값 데이타 저장 수단(25)이 설비된다. 또한, 전력 데이타 저장 수단(32), 전력 처리 수단(33), 제2 탈조 판단 수단(34)이 더 설비된다.

또한, 디지탈 처리부(20)에는, 제1 탈조 판단 수단(24)과 제2 탈조 판단 수단(34) 양자가 탈조를 판단하는지를 판단하는 탈조 조건 형성 판단 수단(43), 탈조 조건 형성 판단 수단(43)에 의해 탈조 조건이 인정될 때 모선을 포함하는 송전선을 열고, 송전선의 회로 차단기(42)를 열기 위한 선로 사고 제어 수단(44)이 설비된다.

다음에, 이러한 장치의 동작을 설명한다.

예를 들어, 600㎐로 멀티플렉서(17)에 의해 취한 전압 및 전류 데이타를 A/D 변환기(18)로 보낸다. 이 A/D 변환기(18)에서, 샘플링된 아날로그 전압 및 전류를 디지탈 전압(…, Vm-3, Vm-2, Vm-1, Vm) 및 디지탈 전류(…, Im-3, Im-2, Im-1, Im)으로 연속하여 변환시키고, 샘플링 데이타 저장 수단(21)에 저장한다.

여기서, 위상각차 산출 수단(22)은, 샘플링 데이타 저장 수단(21)에서 마지막에서 세 번째와 이때의 전압(Vm-3, Vm) 및 전류(Im-3, Im)을 취하여, 식 1 과 2에 의해 유효 전압값(V)과 유효 전류값(I)을 산출하고, 또, 식 3과 4에 의해 전압(V)과 전류(I)의 위상각차(θ)를 산출한다.

또한, 10 - 20㎳에 상응하는 시간동안 위상각차의 변화량(Δθ)이 위상각의 급격한 변화를 검출하는 임계값(ε)보다 작으면, 제1 탈조 판단 수단(24)은 미리 설정한 기준(θc)과 위상각차(θ)를 비교하여, 위상각차(θ)가 θ θc로부터 θ θc 로 변화하면 탈조로 판단한다.

다른 한편, 전력 처리 수단(33)은 샘플링 데이타 저장 수단(21)으로부터 모든 위상의 전압(Va, Vb, Vc)와 전류(Ia, Ib, Ic)를 판독하여, 수학식 20∼22에 의해 모든 위상에대한 유효 전력(Pa, Pb, Pc)을 산출한다.

상기한 바와 같이 모든 위상의 유효 전력(Pa, Pb, Pc)을 얻으면, 식 23에 의해 모든 위상의 유효 전력(Pa, Pb, Pc)을 더하여 총 유효 전력(P)을 산출하고, 이를 전력 데이타 저장 수단(32)에 저장한다.

그후에, 제2 탈조 판단 수단(34)이 상기한 바와 같이 매시간(Δt)마다 얻은 전력(Pt)과 전류(It)의 변화 추세을 체크하고, 전류(It)가 증가 추세에서 감소 추세로 바뀌고 총 유효 전력(P)의 극성이 반전될 때 시스템이 탈조 상태인 것으로 판단한다.

다음에, 탈조 조건 형성 판단 수단(43)은, 제1 탈조 판단 수단(24)과 제2 탈조 판단 수단(34)이 각각 탈조를 판단하는가를 판단하고, 탈조 상태를 판단하기 위한 제1 및 제2 탈조 판단 수단(24, 34) 양자에 대한 조건이 충족되었을 때만 전력 시스템이 탈조 상태인 것으로 판단하여, 선로 사고 제어 수단(44)에 통지한다. 선로 사고 제어 수단(44)은, 송전선을 열기 위해 전압과 전류를 취한 곳에서 송전선에 장착된 회로 차단기(42)를 연다.

또한, 도 8에 나타낸 전력 시스템 탈조 검출 장치에 본 실시예를 적용할 때, 이 전력 시스템 탈조 검출 장치는, 탈조 송전선 지정 수단(27)이 탈조 위치를 포함하는 송전선을 판단할 때 모선을 포함하는 송전선을 여는 선로 사고 제어 수단(44)이 탈조 송전선 지정 수단(27)의 출력 시스템에 설비되는 구조로 된다. 이 경우에, 탈조 위치를 포함하는 송전선을 지정함으로써, 선로 사고 명령이 지정된 송전선의 회로 차단기로 출력된다.

그래서, 상기한 실시예에 의해서, 두 개의 다른 탈조 판단 수단(24, 34)의 판단 결과를 이용하여 탈조를 판단하므로, 매우 정확하게 탈조를 판단할 수 있고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 14는 본 발명의 전력 시스템 탈조 예측 방법 및 전력 시스템 탈조 예측 장치의 제7 실시예를 나타내는 블록도이다.

이 탈조 예측 장치의 아날로그-디지탈 변환부(10)에는, 필터(12, 14), 샘플 보존 수단(15, 16), 멀티플렉서(17), 멀티플렉서(17)으로부터의 아날로그 전압과 전류를 변환하여, 이를 디지탈 처리부(20)내의 샘플링 데이타 저장 수단(51)에 저장하는 A/D 변환기(18)가 구비되어 있다.

또한, 탈조 예측 장치의 디지탈 처리부(20)에는, 샘플링 데이타 저장 수단(51)에 저장된 전압(Vm-3, Vm)과 전류(Im-3, Im)를 사용하여 식 1에 의해 유효 전압값(V)과 유효 전류값(I)을 얻고, 이들을 유효값 데이타 저장 수단(25)에 저장하는 위상각차 산출 수단(53)이 구비되고, 다른 한편, 식 3, 4에 의해 위상각차(θ)를 산출하고, 이를 위상각차 데이타 저장 수단(52)에 저장한다. 현재를 포함해 복수의 지난 시간의 위상각의 차를 사용하여, 위상각차에 대한 예를 들어, 이차 예측 방정식으로 파라미터를 평가하는 파라미터 평가 수단(54)과, 파라미터 평가 수단(54)에 의해 평가된 파라미터를 갖는 예를 들어, 이차 예측 방정식을 이용하여, 앞으로의 위상각의 차를 예측하는 위상각차 예측 수단(55)이 더 구비된다.

85° ~ 90°의 기준을 갖고, θ ≥ θc 인 앞으로의 시간을 지정하고, 기준(θc)을 갖는 위상각차 예측 수단(55)에 의한 비교로 탈조를 예측하는 탈조 예측 수단(56)과 디스플레이부가 더 구비된다.

다음에, 상기한 바와 같은 장치의 동작을 설명한다.

필터(12, 14), 샘플 보존 수단(15, 16), 멀티플렉서(17), A/D 변환기(18)의 동작은 상술한 바이고, 그 설명은 여기서 생략한다.

위상각차 산출 수단(53)은 순서대로 샘플링된 전압(Vm-3, Vm)과 전류(Im-3, Im)를 사용하여, 식 1과 2에 의해 유효 전압값(V)과 유효 전류값(I)을 얻고, 식 3과 4를 이용하여 위상각차(θ)를 산출하여, 이를 위상각차 데이타 저장 수단(52)에 저장한다. 여기서, 위상각차(θ)는 예를 들어, 도 15에 나타낸 바와 같은 t-2Δt, t-Δt, t의 현재를 포함하는 복수의 지난 시간에서의 위상각차(θ_t-2Δt, θ_t-Δt, θ_t)를 이용하여, 예를 들어, 이차 예측 방정식의 경우에, 다음 수학식 26에 의해 표현할 수 있다.

θ = a·t²+ b·t + c

파라미터 평가 수단(54)은 이 이차 예측 방정식으로 파라미터(a, b, c)를 평가하고, 평가된 파라미터(a, b, c)를 위상각차 데이타 저장 수단(52)에 저장한다. 이 평가 방법은, 예를 들어 최소 자승법(minimum square method)를 이용한다.

상기한 바와 같이, 파라미터(a, b, c)를 평가한 후에, 앞으로의 시간(tf)에서의 위상각차(θ)를 얻기 위해, 위상각차 예측 수단(55)은 식 26에 나타낸 t를 시간(tf)으로 대체함으로써, 식 26을 이용하여 현재 시간으로부터 지난 시간(T) 이후의 시간(tf)에서의 위상각차(θf)를 산출할 수 있다. 따라서, 위상각차(θf)가 85°- 90°의 기준(θc)에 이르는 앞으로의 시간(tf)을 얻을 수 있다.

여기서, 식 26에서의 θ를 대체함으로써, 수학식 27을 얻는다.

θc = a·t²+ b·t + c

수학식 27을 변형하여, 수학식 28로 표현한다.

0 = a·t²+ b·t + (c-θc)

이 이차 방정식을 풀면, 수학식 29를 얻는다.

t = -b/2a ± ｛b²- 4a(c- θc)｝^1/2/2a

여기서, 만일

α²= b²- 4a(c - θc) …(30)

예측한 위상각차(θ)가 θc(=90°)로 되는 시간(tf)을 다음 수학식 31과 같이 얻는다.

tf = (-b + α)/2a

그래서, 지금 시간을 t라 가정하면, 탈조 예측 수단(56)은, 다음 수학식 32로부터 지금 시간(t)과 탈조 예측 시간(tf) 사이의 차이(T)를 얻음으로써 탈조가 발생하는 시간(tf)을 예측할 수 있다.

T = tf - t

따라서, 상기한 실시예에 의해, 샘플링된 전압과 전류로부터 복수의 지난 시간에서의 위상각의 차를 얻은 후에, 예를 들어 이차 예측 방정식 파라미터는, 이들 위상각차로부터 평가되고, 앞으로 탈조가 발생하는 시간은, 이를 파라미터를 포함하는 이차 예측 방정식을 이용하여 예측한다. 따라서, 일찍이 대책을 세울 수 있고, 이에 의해 미리 다른 발전기에 동시 발생 손실의 확산을 방지할 수 있다.

도 16은, 청구항 10항에 청구된 발명의 전력 시스템 탈조 검출 장치의 제8 실시예를 설명하기 위한 블록도이다. 이 장치는 도 8에 나타낸 것과 유사한 구조이므로, 도 8에 나타낸 것과 동일한 부분에 동일 참조 부호를 붙여 설명한다.

이 실시예는, 오류의 측면에 개의치 않고, 양상 전압과 양위상 전류를 사용하여 탈조를 판단한다.

이 탈조 검출 장치의 아날로그-디지탈 변환부(10)에는, 계기용 변압기(11)와 필터(12)를 거쳐 모선(2₁)의 모든 위상에서의 전압을 보존하기 위한 샘플 보존 수단(15), 변류기(13)와 필터(14)를 거쳐 송전선(3)의 모든 위상에서의 전류를 보존하기 위한 샘플 보존 수단(16), 보존된 이들 샘플에서 보존된 전압과 전류를 취하기 위한 전압과 전류를 모든 위상에서의 디지탈 전압(Va, Vb, Vc)과 디지탈 전류(Ia, Ib, Ic)로 변환하고, 이를 디지탈 처리부(20)의 샘플링 데이타 저장 수단(21)에 저장하는 A/D 변환기(18)가 구비된다.

이 탈조 검출 장치의 디지탈 처리부(20)에서, 양위상 성분 변환기(58)는, 모든 위상에서의 전압(Va, Vb, Vc)과 전류(Ia, Ib, Ic)를 이용하여 양상 전압과 양위상 전류를 산출하고, 이들을 양위상 성분 데이타 저장 수단(59)에 저장한다.

이 양위상 성분 변환기(58)의 외측에, 양상 전압과 양위상 전류간의 위상각의 차를 얻고, 이를 위상각차 데이타 저장 수단(23)에 저장하는 위상각차 산출 수단(22)과, 매측정 주기에서의 위상각차(θ)의 변화량(Δθ)이 위상각에서의 급격한 변화를 검출하기 위해 미리 정해진 임계값 이하이면, 위상각차(θ)와 미리 설정된 기준(θc)을 비교함으로써 탈조를 판단하는 제1 탈조 판단 수단(24)이 구비된다. 이 탈조 판단 수단(27)에 의해 탈조가 판단될 때 양상 전압과 양위상 전류를 사용하여 송전선상의 탈조 위치를 생성하는 곳을 결정하기 위해 임피던스를 산출하는 탈조 판단 수단(27), 임피던스 산출 수단(26)에 의해 산출된 임피던스와 미리 알 수 있는 송전선의 단위 거리당 임피던스를 사용하여 거리를 산출함으로써 탈조 위치를 포함하는 송전선을 지정하는 탈조 판단 수단(27), 지정된 송전선의 회로 차단기(42)를 열어 송전선을 여는 선로 사고 제어 수단(60), 탈조 위치가 생성되는 송전선을 지정하는데 필요한 여러 데이타를 저장하는 송전선 지정 데이타 저장 수단(28)이 더 구비된다.

다음에, 상기 장치의 동작을 설명한다.

멀티플렉서(17)는 모든 위상에서 연속적으로 전압과 전류를 취하여, 이를 A/D 변환기(18)로 보낸다. A/D 변환기(18)는, 멀티플렉서(17)에 의해 취한 모든 위상의 전압과 전류를 디지탈 전압(Va, Vb, Vc)과 디지탈 전류(Ia, Ib, Ic)로 변환하여, 이들을 샘플링 데이타 저장 수단(21)에 저장한다.

다음에, 샘플링 데이타 저장 수단(21)에 저장된 모든 위상에서의 전압(Va, Vb, Vc)을 사용하여, 양위상 성분 변환기(58)는 다음 수학식 33에 의해 이들을 양상 전압(V1)으로 변환하여, 양위상 성분 데이타 저장 수단(59)에 저장한다.

V1 = Va + α·Vb + β·Vc

여기서, 계수 α, β는 다음의 각 수학식과 같다.

α = cos(2π/3) + j·sin(2π/3)

β = sin(-2π/3) + j·sin(2π/3)

양위상 성분 변환기(58)은 또한 모든 위상에서의 전류(Ia, Ib, Ic)를 유사한 방법으로 양위상 전류(I1)로 변환하여 양위상 성분 데이타 저장 수단(59)에 저장한다.

상기한 바와 같이, 양상 전압(V1)과 양위상 전류(I1)로 변환한 후, 위상각차 산출 수단(22)은 양위상 성분 데이타 저장 수단(59)에 저장된 양상 전압(v1)과 양위상 전류(I1)간의 위상각차(θ)를 산출하여, 위상각차 데이타 저장 수단(23)에 저장한다.

이후에, 미리 정해진 기준(θc)을 사용하여, 탈조 판단 수단(24)은, 위상각차 데이타 저장 수단(23)에 저장된 위상각차(θ)가, 식 9와 10에 나타낸 바와 같이, 조건 1에서 조건 2로 변화할 때 탈조를 판단한다. 또한, 조건 1의 상태에서, 전력 시스템이 안정 상태가 된 것으로 판단하고, 탈조 판단 수단(24)는 다음시간에서의 양상 전압(V1)과 양위상 전류(I1)로부터 반복적으로 얻은 위상각차(θ)를 사용하여 탈조의 존재를 판단한다.

시스템이 탈조 상태인 것으로 판단될 때, 임피던스 산출 수단(26)과 탈조 판단 수단(27)을 이용하여, 탈조 위치를 포함하는 송전선이 지정된다.

그런데, 송전선 양단 전압간의 위상각차가 180°로 되면, 전압이 0이 되는 지점, 즉, 탈조 위치가 송전선의 어딘인가로 나타난다. 송전선 양단의 전압(VN과 VM)간의 위상각차가 180°로 되었을 때의 전압 분포도를 도 7a에 나타내었고, 이 도면에 나타낸 것은 전압이 0이 되는 탈조 위치 지점이다. 도 7b는 전압과 전류간의 벡터 관계를 나타낸 도면이다. 이제, 송전선 양단의 전압(VN, VM)간의 위상각차가 180°가 될 때, 전압의 크기가 0이 되는 지점이 나타날 것이다. 예를 들어, 송전선의 전압(VN)과 전류(I)로부터 식 13에 의해 탈조 위치까지의 임피던스를 산출한 후, 이 산출된 임피던스에 기초하여 모선(N)으로부터 탈조 위치까지의 거리를 얻을 수 있다.

송전선(3)상의 탈조 위치를 생성하는 지점에 대하여, 식 12에 의한 관계를 성립함에 의해, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 양상 전압(V1)과 양위상 전류(I1)간의 위상각차가 90°이면, 임피던스 산출 수단(26)은 식 13으로부터 임피던스(Z)를 산출할 수 있다.

또한, 송전선의 저항(r)이 그 리액턴스(X)보다 작으면, 리액턴스(X)는 식 14에 나타낸 바와 같이 X = V/jI가 된다. 위상각차가 90°로 추정될지라도, 예를 들어 85° ~ 90°의 상기한 영역내에 있으면, 상기한 영역에서의 양상 전압(V1)과 양위상 전류(I1)가 사용될 것이다.

상기한 바와 같이, 임피던스(Z)를 얻은 후에, 탈조 판단 수단(27)은 탈조 위치를 생성하는 지점이 양상 전압과 양위상 전류가 측정된 송전선상에 있는지를 판단한다. 먼저, 송전선의 단위 길이당 임피던스값(u)은 송전선 지정 데이타 저장 수단(28)에 저장되어 있다. 이 임피던스값(u)이 r + jx라고 가정하면, 모선(N)으로부터 탈조 위치가 생성되는 지점까지의 거리가, 이 단위 길이당 임피던스값(u)과 임피던스 산출 수단(26)에 의해 산출된 임피던스(Z)를 사용하여 수학식 15에 의해 산출된다. 그래서, 송전선의 저항(r)이 무시되면, 식 16에 나타낸 d = X/x를 얻는다.

여기서, 탈조 판단 수단(27)은 송전선 지정 데이타 저장 수단(28)으로부터 양 모선(N, M)간의 송전선 길이(L)를 판독하여 송전선의 길이(L)와 거리(d)를 비교한다. 식 17에 나타낸 d≤L의 관계가 성립하면, 거리(d)는 송전선 길이(L) 이내이고, 따라서, 탈조 위치가 되는 지점은 송전선 길이(L)내이다. 반면, 식 18의 관계가 d L 이고, 탈조 위치는 송전선 길이(L)로부터 멀리 떨어져 있는 것으로 보인다.

그래서, 탈조 위치가 되는 지점을 포함하는 송전선이 지정될 때, 선로 사고 제어 수단(60)은 송전선을 여는 명령을 출력한다.

따라서, 상기 실시예에 의해, 양상 전압과 양위상 전류 사이의 위상각차(θ)가 90°가 되면, 이 때의 양상 전압과 전류를 사용하여, 송전선상의 전압이 0이 되는 특정 지점(탈조 위치)까지의 임피던스가 산출된다. 이후에, 탈조 위치 지점까지의 거리가, 이 산출된 임피던스값과 미리 설정된 송전선 단위 길이당 임피던스값으로부터 산출된다. 다음에, 이 거리가 송전선의 전체 길이와 비교되고, 탈조 위치가 모선에 접속된 특정 송전선의 길이 내이면 송전선이 열린다. 따라서, 불균형 오류가 제거된 후에 위상 전류가 0이 되는 송전선이 존재하므로, 양상 전압과 양위상 전류를 사용하여 탈조 위치를 포함하는 송전선을 지정하고 오류의 측면에도 불구하고 이를 열 수 있다.

도 17은 본발명의 전력 시스템 탈조 예측 장치의 제9 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.

이 도 17에서 도 1과 도 14에 나타낸 바와 같은 동일 부분에는 동일 참조 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.

이 탈조 예측 장치에는 상기한 바와 같이 참조 부호 11 - 18, 21 - 23, 25의 구성성분가 구비된다. 또한, 이 탈조 예측 장치의 디지탈 처리 장치(20)에는, 위상각차가, 위상각차 산출 수단(22)에 의해 얻은 복수의 지난 시간의 위상각의 차를 사용하여 예를 들어, 식 26과 도 15에 기초한 이차 예측 방정식에서의 파라미터(a, b, c)를 평가하는 위상각차 파라미터 평가 수단(61), 예를 들어 위상각차 파라미터 평가 수단(61)에 의해 평가된 파라미터(a, b, c)를 포함하는 이차 예측 방정식을 예측하는 위상각차 예측 수단(62)이 구비된다. 유효값 데이타 저장 수단(25)에 저장된 전압으로부터 전압 진폭값을 평가하는 전압 진폭값 평가 수단(63), 전압 진폭값 평가 수단(63)에 의해 일정 주기로 평가된 현재까지의 전압 진폭값으로부터 전압 파라미터를 평가하는 전압 진폭 파라미터 평가 수단(64), 전압 진폭 파라미터 평가 수단(64)에 의해 평가된 전압 파라미터를 사용하여 전압 진폭을 예측하는 전압 진폭값 예측 수단(65)이 더 구비된다. 유효값 데이타 저장 수단(25)에 저장된 전류으로부터 전류 진폭값을 평가하는 전류 진폭값 평가 수단(66), 전류 진폭값 평가 수단(66)에 의해 일정 주기로 평가된 현재까지의 전류 진폭값으로부터 전류 파라미터를 평가하는 전류 진폭 파라미터 평가 수단(67), 전류 진폭 파라미터 평가 수단(67)에 의해 평가된 전류 파라미터를 사용하여 전류 진폭을 예측하는 전류 진폭값 예측 수단(68)이 더 구비된다.

또한, 이 탈조 예측 장치의 디지탈 처리부(20)에는, 위상각차 예측 수단(62)에 의해 예측된 위상각차(θ)와 85° - 90°로 미리 설정된 기준(θc)을 사용하여 탈조를 예측하는 탈조 예측 수단(69), 탈조 예측 수단(69)의 예측값으로부터 탈조의 존재를 판단하는 탈조 판단 수단(70), 탈조 위치 평가 수단과 탈조 위치를 포함하는 송전선을 여는 선로 사고 제어 수단이 구비된다.

다음에, 상기 장치의 동작을 설명한다.

샘플 보존 수단(15, 16)을 사용하여 높은 속도로 전압과 전류를 샘플링한 후에, 샘플링된 전압과 전류를 멀티플렉서(17)를 거쳐 A/D 변환기(18)에 의해 디지탈 전압과 전류로 변환되어, 샘플링 데이타 저장 수단(21)에 연속적으로 저장된다. 다음에, 위상각차 산출 수단(22)는 예를 들어, 600㎐(30°)에서 취하여 샘플링 데이타 저장 수단(21)에 연속적으로 저장된 전압(Vm-3, Vm)과 전류(Im-3, Im)를 사용하여 식 1과 2에 의해 유효 전압값(V)과 유효 전류값(I)을 얻어, 이들을 유효값 데이타 저장 수단(25)에 저장하고, 다른 한편, 식 3과 4를 이용하여 위상각의 차를 얻어 이를 위상각차 저장 수단(23)에 저장한다. 다음에, 위상각차 파라미터는 위상각차 파라미터 평가 수단(61)에 의해 평가된다.

위상각차(θ)는 예를 들어, 이차 예측 방정식의 경우에, 다음 수학식 36으로 표현될 수 있다. 위상각차 파라미터 평가 수단(61)은 도 15에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 t-2·Δt, t-Δt, t의 현재를 포함한 복수의 지난 시간에서의 위상각차(θt-2·Δt, θt-Δt, θt)를 사용한 이차 예측 방정식에서의 파라미터(a, b, c)를 평가한다.

θ = a·t²+ b·t +c

이 평가 방법은, 예를 들어 최소 자승 방법을 이용한다.

상기한 바와 같이, 파라미터(a, b, c)를 평가한 후, 위상각차 예측 수단(62)이 실행된다. 앞으로의 시간(tf)에서의 위상각차(θ)를 얻기 위해, 위상각차 예측 수단(62)은 식 36에 나타낸 t를 시간(tf)로 대체하고, 식 36을 이용하여 위상각차(θf)가 현재의 시간(t)으로부터 시간 T가 흐른 후에 85° - 90°의 기준에 도달하였는지를 예측한다.

다른 한편, 유효값 데이타 저장 수단(25)에 저장된 유효 전압값(V)을 이용하여, 전압 진폭값 평가 수단(63)은 다음 수학식 37로부터 전압 진폭값(Vm)을 평가한다.

Vm = √2V

이후에, 전압 진폭 파라미터 평가 수단(64)는 도 18a에 나타낸 바와 같이 현재 시간(t)까지 일정 주기로 평가된 전압 진폭값(Vm)을 기입하여, 다음의 예측 방정식으로부터 파라미터(d, e, f)를 평가한다. 평가를 위하여, 최소 자승 방법 등과 같이 알려진 방법이 이용된다. 또한, 전압 진폭값 예측 수단(65)은, 예측된 파라미터(d, e, f)를 사용하여 다음 수학식 38에 의해 전압 진폭값(Vm)을 예측한다.

Vm = d·t²+ e·t +f

또한, 전류 진폭값 예측 수단(66)은, 유효값 데이타 저장 수단(25)에 저장된 유효 전류값(I)을 사용하여 식 37과 같은 방식으로 전류 진폭값(Im)을 평가한다. 다음에, 전류 진폭 파라미터 평가 수단(67)는 도 18b에 나타낸 바와 같이 현재 시간(t)까지 일정 주기로 평가된 전류 진폭값(Im)을 기입하여, 다음의 예측 방정식으로부터 파라미터(g, h, i)를 평가한다. 평가를 위하여, 최소 자승 방법 등과 같이 알려진 방법이 이용된다. 또한, 전류 진폭값 예측 수단(68)은, 예측된 파라미터(g, h, i)를 사용하여 다음 수학식 39에 의해 전압 진폭값(Im)을 예측한다.

Im = g·t²+ h·t +i

또한, 탈조 예측 수단(69)은 수학식 36에서의 위상각차(θ)를 θc로 대체하고, 식 27 - 31을 이용하여 탈조가 예측될 수 있는 미래의 시간(tf)을 얻은 후에, 현재 시간이 t이면, 현재 시간(t)과 다음과 같이 탈조가 예측되는 시간(tf)사이의 시간차(T)를 얻는다.

T = tf -t …(40)

다음에 탈조 판단 수단(70)은 예측된 시간(tf)으로부터 시스템이 탈조났는지를 판단한다. 예측 시간(tf)에 시스템이 탈조나지 않은 것으로 판단되면, 일련의 처리가 다음 시간의 샘플링 데이타로 다시 반복된다.

다른 한편, 탈조 판단 수단(70)에서 탈조로 판단하면, 탈조 위치 평가 수단(71)은, 도 18a에 나타낸 바와 같이 파라미터(d, e, f)를 포함하는 식 36에서의 t를 tf로 대체함으로써, 65에서 전압 진폭값(Vp)을 얻는다. 또한, 탈조 위치 평가 수단(71)은, 도 18b에 나타낸 파라미터(g, h, I)를 포함하는 식 39에서의 t를 tf로 대체함으로써, 전류 진폭값 예측 수단(68)으로부터 미래 시간(tf)에서의 전류 진폭값(Ip)을 얻는다.

다음에 예측된 전압(Vp)과 예측된 전류(Ip)를 사용하여, 탈조 위치 평가 수단(71)은 다음 수학식 41(도 19 참조)으로부터 리액턴스(X)를 산출한다.

Vp = -Ip·X

또한, 송전선의 단위 길이당 임피던스의 리액턴스값(u)이 송전선 지정 데이타 저장 수단(73)에 저장되어 있으므로, 탈조 위치 평가 수단(71)은 다음 수학식 42에 의해 리액턴스(X, u)를 사용하여 측정점으로부터의 거리(d)를 얻는다.

d = X/u

그래서, 탈조 위치 평가 수단(71)은, 송전선 지정 데이타 저장 수단(73)으로부터 모선(N, M)간의 송전선 길이(L)를 판독하여 송전선 길이(L)와 거리(d)를 비교한다. d ≤ L의 관계가 만족되면, 탈조 위치가 송전선(L)에 포함되는가를 판단한다. 이들이 d L의 관계에 있으면, 탈조 위치가 송전선(L)으로부터 멀리 떨어져 존재하는 것으로 보인다.

그러나, 에러의 효과를 고려하면, 이들이 d ≤ L(예를 들어, α = 0.95)의 관계에 있으면, 탈조 위치가, 전압 및 전류가 측정되는 송전선에 존재하는지를 판단한다.

이렇게 탈조 위치를 포함하는 송전선이 지정되면, 선로 사고 제어 수단(72)은 탈조 위치가 존재하는 송전선에 장착된 회로 차단기(42)로 송전선을 열라는 명령을 보낸다.

그래서, 상기한 실시예에 의해, 미래 시점(tf)에서의 위상각차, 전압, 전류를 이용하여 일찍이 송전선을 열 수 있어, 전압 강하에 의한 부하 강하와 같은 불리한 효과를 미리 방지할 수 있다.

상기한 본 발명에 의해, 하기하는 바와 같은 여러 효과를 얻는다.

청구항 1∼ 3에 청구된 발명에 의해, 이전과 같이 여러 영역을 설정하지 않고, 특별한 데이타 통신 수단을 이용하지 않고도, 전력 시스템에서 모선을 포함하는 송전선의 전압과 전류를 측정함으로써 높은 정확도로 탈조를 판단할 수 있다.

청구항 4와 5에 청구된 발명에 의해, 이전과 같이 여러 영역을 설정하지 않고, 특별한 데이타 통신 수단을 이용하지 않고도, 전력 시스템에서 모선을 포함하는 송전선의 전압과 전류를 측정함으로써 송전선의 탈조 위치까지의 임피던스를 측정할 수 있다.

청구항 6에 의해 청구된 발명에 의해, 전력 시스템에서 모선에 접속된 특정 송전선에서의 탈조 여부를 쉽게 판단할 수 있다.

청구항 7에 청구한 발명에 의해, 송전선 연결 모선의 전력 극성 반전으로부터 전력 시스템에서의 송전선 양단의 발전기 그룹의 탈조를 쉽게 판단할 수 있다.

청구항 8과 9에 청구한 발명에 의해, 전력 시스템이 탈조날 때까지의 시간을 미리 예측하여, 일찍감치 필요한 대응책을 취할 수 있어, 미리 다른 발전기로의 동시 발생의 손실 확산을 방지할 수 있다.

청구항 10에 청구한 발명에 의해, 오류를 제거한 후에 송전선의 위상 전류가 0이 될지라도, 양상 전압과 전류를 사용하여, 오류의 관점에도 불구하고, 전력 시스템의 탈조를 판단할 수 있다.

청구항 11에 청구한 발명에 의해, 예측 방정식의 파라미터가, 모선을 포함하는 송전선의 복수 지점에서의 전압과 전류로부터 평가되고, 평가된 파라미터를 포함하는 이들 예측 방정식을 이용하여 탈조가 예측되므로, 송전선을 열어 전압 강하에 의한 부하 강하와 같은 불리한 효과를 방지할 수 있다.

상기한 바에 의해 많은 변형과 변경이 가능함은 명백하다. 따라서, 여기서 상세히 설명한 것 이외에도, 특허청구범위의 사상내에서 본 발명이 실시될 수 있다.

Claims

2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템의 탈조를 검출하는 전력 시스템의 탈조 검출 방법에 있어서,

주기적으로 상기 전력 시스템의 전압과 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 스텝;

상기 전압 및 전류 취득 스텝에 의해 취해진 상기 전압과 전압 전류 사이의 위상각의 차를 산출하는 위상각차 산출 스텝; 및

상기 위상각의 차를 수신하여, 각 측정 주기마다 상기 위상각차의 변화량을 얻어서, 상기 위상각차의 변화량이 위상각차의 급격한 변화를 검출하는 소정의 임계치 이하이고, 위상각차가 미리 설정된 탈조 판단 위상차 이상일 경우에는, 상기 전력 시스템의 2 전력 계통 사이에 탈조가 발생하였음을 판단하는 탈조 판단 스텝을 포함한 전력 시스템의 탈조 검출 방법.
2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템의 탈조를 검출하는 장치에 있어서,

주기적으로 상기 전력 시스템의 전압과 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 수단;

상기 전압 및 전류 취득 수단에 의해 취해진 상기 전압과 전압 전류 사이의 위상각의 차를 산출하는 위상각차 산출 수단; 및

상기 위상각의 차를 수신하기 위해 접속되어, 각 측정 주기마다 상기 위상각차의 변화량을 얻어서, 상기 위상각차의 변화량이 위상각의 급격한 변화를 검출하는 소정의 임계치 이하이고, 위상각차가 미리 설정된 탈조 판단 위상차 이상일 경우에는, 상기 전력 시스템의 2 전력 계통 사이에 탈조가 발생하였음을 판단하는 탈조 판단 수단을 포함한 전력 시스템의 탈조 검출 장치.
2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템의 탈조를 검출하는 장치에 있어서,

주기적으로 상기 전력 시스템의 전압과 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 수단;

상기 전압 및 전류 취득 수단에 의해 취해진 상기 전압 및 전류를 상기 전압 및 전류의 기본 주기보다 짧은 주기로 샘플링하는 샘플링 수단;

상기 샘플링 수단에 의해 샘플링된 상기 샘플 전압 및 상기 샘플 전류에 의해 유효 전압값과 유효 전류값을 산출하여, 상기 유효 전압값과 상기 유효 전류값 사이의 위상각의 차를 산출하는 위상각차 산출 수단; 및

상기 위상각의 차를 수신하기 위해 접속되어, 각 측정 주기마다 상기 위상각차의 변화량을 얻어서, 상기 위상각차의 변화량이 위상각의 급격한 변화를 검출하는 소정의 임계치 이하이고, 위상각차가 미리 설정된 탈조 판단 위상차 이상일 경우에는, 상기 전력 시스템의 2 전력 계통 사이에 탈조가 발생하였음을 판단하는 탈조 판단 수단을 포함한 전력 시스템의 탈조 검출 장치.
2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템의 탈조를 검출하는 전력 시스템의 탈조 검출 방법에 있어서,

주기적으로 상기 전력 시스템의 전압과 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 스텝;

상기 전압 및 전류 취득 스텝에 의해 취해진 상기 전압과 전압 전류 사이의 위상각의 차를 산출하는 위상각차 산출 스텝;

상기 위상각의 차를 수신하여, 각 측정 주기마다 상기 위상각차의 변화량을 얻어서, 상기 위상각차의 변화량이 위상각차의 급격한 변화를 검출하는 소정의 임계치 이하이고, 위상각차가 미리 설정된 탈조 판단 위상차 이상일 경우에는, 상기 전력 시스템의 2 전력 계통 사이에 탈조가 발생하였음을 판단하는 탈조 판단 스텝; 및

상기 전력 시스템의 상기 탈조가 판단될 때 상기 전압과 상기 전류를 사용하여 상기 송전선상의 상기 전압이 0이 되는 지점까지의 임피던스를 산출하여, 상기 전력 시스템의 탈조 위치를 구하는 임피던스 산출 스텝을 포함하는 전력 시스템의 탈조 검출 방법.
제3항에 있어서,

상기 전력 시스템의 상기 탈조가 판단될 때 상기 전압과 상기 전류를 사용하여 상기 송전선상의 상기 전압이 0이 되는 지점까지의 임피던스를 산출하여, 상기 전력 시스템의 탈조 위치를 구하는 임피던스 산출 수단을 더 포함한 전력 시스템의 탈조 검출 장치.
제5항에 있어서,

상기 임피던스 산출 수단에 의해 산출된 상기 임피던스와 상기 송전선의 단위 길이당 임피던스를 사용하여 거리를 산출하고, 상기 거리에 의거해서 상기 탈조 위치를 포함한 상기 송전선을 지정하는 탈조 송전선 지정 수단을 더 포함한 전력 시스템의 탈조 검출 장치.
2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템의 탈조를 검출하는 장치에 있어서,

주기적으로 상기 전력 시스템의 전압과 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 수단;

상기 전력 시스템의 모든 위상의 상기 전압과 전류를 사용하여 모든 위상의 유효 전력을 산출하고, 모든 위상의 유효 전력을 가산하여 총 유효 전력을 산출하는 전력 처리 수단; 및

상기 전력 처리 수단으로부터 총 유효 전력과 상기 전압 및 전류 취득 수단으로부터 모든 위상의 전류 중의 하나를 수신하기 위해 접속되어, 상기 하나의 전류가 증가 상태로부터 감소 상태로 변화하고, 상기 총 유효 전력의 극성이 반전되었을 때, 상기 전력 시스템의 2 전력 계통 사이에 탈조가 발생하였음을 판단하는 탈조 판단 수단을 포함한 전력 시스템의 탈조 검출 장치.
2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템의 탈조를 예측하기 위한 방법에 있어서,

주기적으로 상기 전력 시스템의 전압과 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 스텝;

상기 전압 및 전류 취득 스텝에 의해 취해진 상기 전압과 전압 전류 사이의 위상각의 차를 산출하는 위상각차 산출 스텝;

상기 위상각차 산출 스텝에 의해 산출된 복수의 상기 위상각의 차를 사용하여 장래의 위상각 차를 예측하기 위한 예측 방정식의 파라미터를 평가하는 파라미터 평가 스텝;

상기 파라미터 평가 스텝에 의해 평가된 상기 파라미터를 사용하여 얻은 상기 예측 방정식을 이용하여 장래의 위상각 차를 예측하는 위상각차 예측 스텝; 및

상기 장래의 위상각 차를 수신하여 상기 위상각차 예측 스텝에 의해 예측된 장래의 위상각차가 미리 설정한 탈조 판단 위상각차에 도달했을 때, 장래의 예측 탈조 시간을 예측하는 탈조 예측 스텝을 포함한 전력 시스템의 탈조 예측 방법.
2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템의 탈조를 예측하기 위한 장치에 있어서,

주기적으로 상기 전력 시스템의 전압과 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 수단;

상기 전압 및 전류 취득 수단에 의해 취해진 상기 전압과 전압 전류 사이의 위상각의 차를 산출하는 위상각차 산출 수단;

상기 위상각차 산출 수단에 의해 산출된 복수의 상기 위상각의 차를 사용하여 장래의 위상각 차를 예측하는기 위한 예측 방정식의 파라미터를 평가하는 파라미터 평가 수단;

상기 파라미터 평가 수단에 의해 평가된 상기 파라미터를 사용하여 얻은 상기 예측 방정식을 이용하여 장래의 위상각 차를 예측하는 위상각차 예측 수단; 및

상기 장래의 위상각 차를 수신하기 위해 접속되어, 상기 위상각차 예측 수단에 의해 예측된 장래의 위상각차가 미리 설정한 탈조 판단 위상각차에 도달했을 때, 장래의 예측 탈조 시간을 예측하는 탈조 예측 수단을 포함한 전력 시스템의 탈조 예측 장치.
2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템의 탈조를 검출하는 장치에 있어서,

주기적으로 상기 전력 시스템의 전압과 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 수단;

상기 전압 및 전류 취득 수단에서 취해진 상기 전력 시스템의 모든 위상의 상기 전압 및 상기 전류를 정상 전압 및 정상 전류로 변환하는 양의 위상 성분 변환 수단;

상기 양의 상 전압과 상기 양의 위상 전류 사이의 위상각의 차를 산출하는 위상각차 산출 수단;

상기 위상각의 차를 수신하기 위해 접속되어, 각 측정 주기마다 상기 위상각차의 변화량을 얻어서, 상기 위상각차의 변화량이 위상각의 급격한 변화를 검출하는 소정의 임계치 이하이고, 위상각차가 미리 설정된 탈조 판단 위상차 이상일 경우에는, 상기 전력 시스템의 2 전력 계통 사이에 탈조가 발생하였음을 판단하는 탈조 판단 수단;

상기 전력 시스템에서의 상기 탈조가 판단되었을 때 상기 정상 전압과 상기 정상 전류를 사용하여 상기 송전선상의 상기 전압이 0이 되는 지점까지의 임피던스를 산출하는 임피던스 산출 수단; 및

상기 임피던스 산출 수단에 의해 산출된 상기 임피던스와 상기 송전선의 단위 길이당 임피던스를 사용하여 거리를 산출하고, 상기 거리에 의거헤서 상기 탈조위치를 포함한 상기 송전선을 지정하는 송전선 지정 수단을 더 포함한 전력 시스템의 탈조 검출 장치.
2 전력 계통이 송전선의 양단에 접속된 전력 시스템의 탈조를 예측하기 위한 장치에 있어서,

주기적으로 상기 전력 시스템의 전압과 전류를 취하는 전압 및 전류 취득 수단;

상기 전압 및 전류 취득 수단에 의해 취해진 상기 전압과 전압 전류 사이의 위상각의 차를 산출하는 위상각차 산출 수단;

위상각차 예측 방정식상의 위상각차 파라미터를 평가하여, 상기 위상각차 계산 수단에 의해 계산된 복수의 상기 위상각차를 사용해서 장래의 위상각차를 예측하는 위상각차 파라미터 평가 수단;

상기 위상각차 파라미터 평가 수단에 의해 평가된 상기 위상각차 파라미터를 사용하여 구한 상기 위상각차 예측 방정식을 이용해서 장래의 위상각차를 예측하는 위상각차 예측 수단;

상기 장래의 위상각차를 수신하기 위해 접속되어, 상기 위상각차 예측 수단에 의해 예측된 장래의 위상각차가 미리 설정된 탈조 판단 위상각차에 달했을 때, 장래의 예측 탈조 시간을 예측하는 탈조 예측 수단;

상기 장래의 탈조 시간에 의거해서 상기 전력 시스템의 2 전력 계통 사이에서 탈조가 발생한 것을 판단하는 탈조 판단 수단;

상기 전압 및 전류 취득 수단으로 취한 상기 전압 진폭값을 평가하는 전압 진폭값 평가 수단.

상기 진폭값 예측 방정식상의 전압 진폭값 파라미터를 평가하여, 상기 전압 진폭값 평가 수단에 의해 평가된 복수의 상기 전압 진폭값을 사용해서 장래의 전압 진폭값을 예측하는 전압 진폭값 파라미터 평가 수단.

상기 전압 진폭값 파라미터 평가 수단에 의해 평가된 상기 전압 진폭값 파라미터를 사용하여 구한 상기 전압 진폭값 예측 방정식을 이용해서 장래의 전압 진폭값을 예측하는 전압 진폭값 예측 수단;

상기 전압 및 전류 취득 수단으로 취한 상기 전류 진폭값을 평가하는 전류 진폭값 평가 수단.

상기 진폭값 예측 방정식상의 전류 진폭값 파라미터를 평가하여, 상기 전류 진폭값 평가 수단에 의해 평가된 복수의 상기 전류 진폭값을 사용해서 장래의 전류 진폭값을 예측하는 전류 진폭값 파라미터 평가 수단.

상기 전류 진폭값 파라미터 평가 수단에 의해 평가된 상기 전류 진폭값 파라미터를 사용하여 구한 상기 전류 진폭값 예측 방정식을 이용해서 장래의 전압 진폭값을 예측하는 전압 진폭값 예측 수단; 및

상기 전력 시스템이 탈조라고 판단될 때, 상기 장래의 전압 진폭값과 상기 전류 진폭값을 사용하여 상기 송전선에 포함된 탈조 위치를 평가해서, 상기 전력 시스템의 탈조 위치를 구하는 탈조 위치 평가 수단을 포함한 전력 시스템의 탈조 예측 장치.