KR20020088523A - Detection of Arcing Faults in Transmission Lines and Method for Fault Distance Estimation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 송전선로의 아크사고 검출 및 고장거리 추정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 송전선로에서 일시고장과 영구고장을 구분하여 일시고장 발생 시재폐로를 수행하고, 특히 영구고장 발생 시에는 입력전압ㆍ전류신호의 고조파와 직류성분을 제거하며, 기본파 성분을 추출하는 필터링을 함으로써, 송전선로의 영구고장 발생 시 보다 신속하고 정확하게 송전선로의 고장검출 및 고장거리를 추정할 수 있는 송전선로의 아크사고 검출 및 고장거리 추정방법에 관한 것이다.The present invention relates to an arc accident detection and fault distance estimation method of a transmission line, and more particularly, to distinguish between temporary failure and permanent failure in a transmission line to perform reclosing in the event of a temporary failure, in particular, when a permanent failure occurs. ㆍ Arc of transmission line which removes harmonics and direct current component of current signal and extracts fundamental wave component, and can detect fault and distance of transmission line faster and more accurately in case of permanent failure of transmission line. The present invention relates to an accident detection method and a failure distance estimation method.
일반적으로 산업이 발전하고 생활 수준이 향상됨에 따라 전력의 수요는 점차 증가하고, 전력계통을 구성하는 설비는 대용량화 및 다양화되고 있는 실정이다.In general, as the industry develops and the standard of living improves, the demand for electric power gradually increases, and the facilities constituting the electric power system are increasing in capacity and diversification.
이에 따라 양질의 전력 즉, 신뢰성이 높은 전력을 공급하기 위해서는 전력설비의 현대화뿐만 아니라 운영면에서도 전력계통의 합리적인 운전과 고장의 신속한 복구가 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, in order to supply high-quality electric power, that is, reliable electric power, in addition to the modernization of electric power facilities, rational operation of the electric power system and prompt recovery of failures are required.
전력계통에서 고장이 발생하였을 경우에 신속하게 고장 발생지점을 찾고, 고장 발생구간을 건전 구간으로부터 분리하여 고장 발생구간으로 인한 건전 구간의 악영향을 감소시키고, 고장 발생구간을 빠른 시간내에 복구시키는 효율적인 전력계통의 운영을 도모하기 위한 보호계전방식이 오래 전부터 많이 연구되고 있다.In the event of a failure in the power system, the system quickly finds the point of occurrence of the fault, isolates the fault occurrence section from the sound section, reduces the adverse effect of the sound section, and restores the fault section quickly. The protection relay method for the operation of the system has been studied for a long time.
일반적으로, 전력계통에서 보호계전기는 신속 정확한 사고제거를 통하여 계통안정 유지와 설비 피해 억제를 주목적으로 하여 사용한다.In general, the protection relay in the power system is used to maintain the system stability and suppress the damage to the equipment through the rapid and accurate removal of the accident.
이러한 전력계통에서의 사고는 대부분이 송전선에서 발생되며 그 중에 플래시오버(flashover)에 의한 일시고장이 전체사고의 80~90%를 차지한다.Most of these accidents in the power system are caused by transmission lines, and temporary failures caused by flashovers account for 80 to 90% of all accidents.
이에 대하여 송전선 보호계전시스템에는 사고검출계전기 외에 자동재폐로(Auto-reclosing) 계전기를 부가하여 사고차단후 일정기간 무전압시간(Dead Time)을 기다린 후에 차단기를 재투입하여 비교적 짧은 시간 내에송전망 자동복구를 이루도록 제어한다.On the other hand, in addition to the accident detection relay, the transmission line protection relay system adds an auto-reclosing relay, waits for dead time for a certain period of time after the accident is interrupted, and re-inserts the circuit breaker to automatically repair the transmission network within a relatively short time. Control to achieve.
이로써 계통안정도 및 공급신뢰도 유지와 설비이용률 향상을 도모하는 효과가 있어 자동재폐로방법이 오래전부터 사용되고 있다.As a result, it is effective to maintain system stability, supply reliability, and improve facility utilization rate, and the automatic reclosing method has been used for a long time.
이와 같이 송전선 보호방식에서 자동재폐로 계전기를 사용하게된 이유는, 송전선에서 발생하는 대부분의 사고가 순간적인 플래시오버(flashover)로 인한 사고인 것으로부터 시작된다.The reason for the use of the automatic reclose relay in the transmission line protection method starts from the fact that most accidents occurring in the transmission line are caused by instantaneous flashover.
이러한 경우 선로를 차단하여 일정기간 무전압으로 두면 사고 부위의 아크(Arc)가 소멸되고 이온화되었던 공기가 절연회복을 이루게 되는데, 이때 선로를 다시 연결하면 정상적으로 송전을 계속할 수 있게 된다.In this case, if the line is cut off and the voltage is left unattended for a certain period of time, the arc at the accident site is extinguished and the ionized air achieves insulation recovery. At this time, if the line is connected again, power transmission can be continued normally.
이 방법의 적용은 대부분의 전력회사에서 일반화되어 있으며 일시고장 시 자동 복구 운전에 의한 공급신뢰도를 유지하고 계통의 과도안정도 유지 또는 향상을 이루며 선로 운휴기간 감소에 의한 설비 이용률 향상 및 전력손실 감소의 효과가 있다.The application of this method is common in most utilities and maintains the reliability of supply by automatic recovery operation in case of temporary failure, maintains or improves the transient stability of the system, and improves the facility utilization rate and reduces the power loss by reducing the line downtime. There is.
상기한 고속도 자동재폐로 방법은 성공시 계통안정도 및 공급신뢰도 유지에 큰 효과가 있지만, 실패시에는 악영향도 나타남이 밝혀진 바 있으며, 특히 대용량 터빈-발전기에 축-비틀림 충격이 발생되어 수명 단축의 큰 요인이 되고 있다.Although the high-speed automatic reclosing method has a great effect on maintaining system stability and supply reliability upon success, it has been found to have an adverse effect upon failure. Particularly, a high-speed turbine-generator generates shaft-torsional shock, which greatly shortens the life span. It is a factor.
즉, 발전기, 변압기 등의 전력기기에 전기적, 기계적 충격이 발생되는 문제점이 있다.That is, there is a problem that electrical and mechanical shocks occur in power devices such as generators and transformers.
상술한 바와 같이, 종래기술은 자동재폐로 계전기의 무전압시간을 고정시켜 계통 안정도 여유를 평가함으로써 자동 재폐로 실패율이 높았고, 또한 사고가 이미영구성 고장이거나 고정부위의 절연회복이 불충분할 때 고속재폐로로 인하여 재사고가 발생하면 전력기기에 전기적, 기계적 충격이 발생될 수 있었던 문제점들이 있었다.As described above, the prior art has a high failure rate of automatic reclosing by fixing the no-voltage time of the automatic reclosing relay and evaluating the margin of system stability. Also, when the accident is already reconstituted or the insulation recovery of the fixed part is insufficient, When re-accident occurred due to the closing, there were problems that electric and mechanical shocks could occur in the power equipment.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 송전선로에서 일시고장과 영구고장을 구분하여 일시고장 발생 시 재폐로를 수행하고, 특히 영구고장 발생 시에는 입력전압ㆍ전류의 고조파와 직류성분을 제거하며, 기본파 성분을 추출하는 필터링을 함으로써, 송전선로의 영구고장시 보다 신속하고 정확하게 송전선로의 고장검출 및 고장거리를 추정할 수 있는 송전선로의 아크사고 검출 및 고장거리 추정방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to distinguish between temporary failure and permanent failure in the transmission line to perform re-closing in the event of temporary failure, in particular in the case of permanent failure input voltage and current By eliminating harmonics and direct current components and extracting the fundamental wave components, the detection and failure of arc accidents on transmission lines that can detect faults and estimate the distance of transmission lines more quickly and accurately in case of permanent failure of transmission lines To provide a distance estimation method.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 사고시 일시고장인지 영구고장인지를 판별하기 위해 사용된 계통도를 나타낸 도면1 is a diagram showing a schematic diagram used to determine whether a temporary failure or permanent failure in an accident according to an embodiment of the present invention;
도 2a 또는 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 일시고장과 영구고장에서의 전압 파형을 나타낸 도면2a or 2b is a view showing the voltage waveform in the temporary failure and permanent failure according to an embodiment of the present invention
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 송전선로의 아크사고 검출 및 고장거리 측정방법을 나타낸 흐름도3 is a flowchart illustrating a method for detecting an arc accident and measuring a fault distance of a transmission line according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고장거리 추정을 설명하기 위한 도면4 is a view for explaining a failure distance estimation according to an embodiment of the present invention
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고장발생각과 고장거리가 0°와 30%(7.8km)로 같은 조건에서 고장의 종류만을 다르게 하여 시뮬레이션 한 결과를 나타낸 도면5 and 6 are diagrams showing the results of simulation by only changing the type of failure under the same conditions, such as failure angle and failure distance is 0 ° and 30% (7.8 km) according to an embodiment of the present invention
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고장발생각이 같은 경우에서 고장거리를 90%로 달리하였을 경우의 결과를 나타낸 도면7 and 8 are views showing the result when the failure distance is changed to 90% when the failure angle is the same according to an embodiment of the present invention
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 영구고장에 대해 고장 발생각이 0°와 90°인 경우 저역통과필터를 통과한 전압파형을 나타낸 도면9A and 9B are diagrams showing voltage waveforms passing through a low pass filter when the failure angle is 0 ° and 90 ° for permanent failure according to an embodiment of the present invention.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 고장거리는 같고 고장발생각이 각각 0°와 60°인 경우에서의 디시오프셋(DC-offset) 제거 필터를 통과한 전류파형을 나타낸 도면10A and 10B are diagrams illustrating current waveforms passing through a DC-offset elimination filter when failure distances are the same and failure angles are 0 ° and 60 °, respectively, according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일실시예에 따른 고장발생각 0°와 90°에서 고장거리에 따른 저항 성분의 수렴과정을 나타낸 도면11A and 11B are diagrams illustrating a convergence process of resistance components according to a failure distance at failure angles 0 ° and 90 ° according to an embodiment of the present invention.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 고장발생각 0°와 90°에서 고장거리에 따른 리액턴스 성분의 수렴과정을 나타낸 도면12A and 12B are views illustrating a convergence process of reactance components according to a failure distance at failure angles 0 ° and 90 ° according to an embodiment of the present invention.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일실시예에 따른 반주기 이산 퓨리에변환(HCDFT)과 한주기 이산 퓨리에변환(FCDFT)을 고장발생각 60°, 고장거리 40%에서의 저항과 리액턴스의 수렴특성을 비교한 도면13A and 13B illustrate the convergence characteristics of the resistance and reactance of a half-cycle discrete Fourier transform (HCDFT) and one-cycle discrete Fourier transform (FCDFT) according to an embodiment of the present invention at a failure angle of 60 ° and a failure distance of 40%. Compared drawing
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일실시예에 따른 고장발생각이 0°인 경우 고장거리만 달리하여 저항과 리액턴스의 수렴 과정을 나타낸 도면14A and 14B illustrate a process of convergence of resistance and reactance by varying only a failure distance when a failure angle is 0 ° according to an embodiment of the present invention.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 일실시예에 따른 고장발생각이 90°인 경우에서 고장거리만 달리하여 저항과 리액턴스의 수렴 과정을 나타낸 도면15A and 15B illustrate a process of convergence of resistance and reactance by varying only a failure distance when a failure angle is 90 ° according to an embodiment of the present invention.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 송전선로의 아크사고 검출 및 고장거리 측정방법은, 일시고장 또는 영구고장의 신호특성을 갖는 사고를 발생시키는 제 1단계와; 상기 사고에 의해 발생된 고장신호에서 아크전압을 검출하고, 그 크기를 계산하여 일시고장과 영구고장을 판별하는 제 2단계와; 상기 검출된 데이터가 일시고장일 경우 재폐로를 바로 수행하는 제 3단계와; 상기 검출된 데이터가 영구고장일 경우 고조파 성분을 제거하기 위한 저역통과필터를 이용하여 필터링하는 제 4단계와; 상기 필터링된 데이터의 직류 성분을 제거하기 위해 디시오프셋제거 필터를 이용하여 필터링하는 제 5단계와; 상기 직류 성분이 제거된 데이터의 기본파를 추출함과 아울러 그 임피던스를 계산하는 제 6단계와; 상기 계산된 데이터를 이용하여 고장거리를 추정하는 제 7단계;를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the arc accident detection and fault distance measuring method of the transmission line of the present invention includes a first step of generating an accident having a signal characteristic of temporary failure or permanent failure; A second step of detecting an arc voltage from a failure signal generated by the accident, calculating a magnitude of the arc voltage, and determining a temporary failure and a permanent failure; A third step of immediately re-closing when the detected data is temporarily broken; A fourth step of filtering using a low pass filter for removing harmonic components when the detected data is permanently broken; A fifth step of filtering using a dishoff offset removing filter to remove a DC component of the filtered data; Extracting a fundamental wave of the data from which the DC component is removed and calculating an impedance thereof; And a seventh step of estimating a fault distance by using the calculated data.
이때, 상기 저역통과필터는 2차의 버터워스 저역통과필터를 사용하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the low pass filter uses a secondary Butterworth low pass filter.
또한, 상기 기본파 추출을 위한 방법으로 한주기 이산 퓨리에변환(FCDFT), 반주기 이산 퓨리에변환(HCDFT) 및 월쉬(Walsh) 함수들 중 선택된 어느 하나의 방법을 이용하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to use any one method selected from one cycle Discrete Fourier Transform (FCDFT), half cycle Discrete Fourier Transform (HCDFT) and Walsh (Walsh) function.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. This embodiment is not intended to limit the scope of the invention, but is presented by way of example only.
도 1은 본 발명의 일실시예로서, 사고시 일시고장인지 영구고장인지를 판별하기 위해 사용된 계통도를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 사고시 일시고장과 영구고장을 판별하기 위해 산화아연(ZnO) 피뢰기, 저항(R) 및 리액턴스(L)로 구성된 아크모델을 사용하였다.1 is a diagram illustrating a system diagram used to determine whether a temporary failure or a permanent failure occurs in an accident as an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, an arc model including a zinc oxide (ZnO) lightning arrester, a resistor (R), and a reactance (L) was used to determine temporary failure and permanent failure in an accident.
한편, 송전선로의 고장은 크게 일시고장과 영구고장으로 나눌 수 있다. 영구고장은 전선이 땅에 떨어져 발생하는 지락사고와, 전선 상호간의 단락에 의해서 발생하는 단락사고 등이 있다. 반면에, 일시고장은 주로 자연환경에 의해 발생하는 번개, 기후변화, 바람 등의 파라미터들에 의해서 송전선로가 일시적으로 절연이 파괴되어 아크를 동반한 고장전류가 접지선을 따라 흐르게 되는 사고 등이 있다. 이 때, 발생하는 아크가 재폐로 여부에 중요한 요소가 되는데 이는 도 2a 또는 도 2b를 통해 설명한다.On the other hand, the failure of the transmission line can be divided into temporary failure and permanent failure. Permanent failures include ground faults that occur when the wires fall to the ground and short circuits that occur due to short circuits between the wires. On the other hand, temporary failure is an accident in which the transmission line is temporarily broken down by parameters such as lightning, climate change, and wind caused by the natural environment, and the fault current accompanying the arc flows along the ground line. . At this time, the generated arc becomes an important factor in reclosing, which will be described with reference to FIG. 2A or 2B.
도 2a 또는 도 2b는 일시고장과 영구고장에서의 전압 파형을 나타낸 도면이다. 도 2a를 참조하면, 일시고장의 전압 파형으로 A점은 선로에 사고가 발생한 순간이고, B점은 사고를 감지하고 차단기가 동작하는 시간이다. 이때, 스위칭 작용에 의한 2차 아크가 발생하게 되고, 높은 주파수 성분에 의해 소호와 재점호를 반복하게 된다. 그리고, C점에서는 소호를 하게 된다.2A or 2B are diagrams showing voltage waveforms at transient and permanent failures. Referring to FIG. 2A, the point A is a voltage waveform of a temporary failure, and the point A is a moment when an accident occurs on the line, and the point B is a time when an accident is detected and the breaker operates. At this time, a secondary arc occurs due to the switching action, and the arcing and re-firing are repeated by the high frequency component. And at point C, SO is given.
한편, 도 2b를 참조하면, 영구고장의 전압 파형으로 A점에서 사고가 발생하고 B점에서 차단기가 동작하게 된다. 그러나, 차단기가 동작되고 난 이후에도 소호와 재점호의 반복이 아닌 일정한 전압이 유기 된다.Meanwhile, referring to FIG. 2B, an accident occurs at a point A as a voltage waveform of permanent failure and a breaker operates at a point B. FIG. However, even after the breaker is activated, a constant voltage is induced, rather than a repetition of SO and ATI.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 송전선로의 아크사고 검출 및 고장거리 측정방법을 나타낸 흐름도로서, 먼저, 전처리 과정으로 전력계통 과도해석 프로그램인 EMTP(Electro Magnetic Transients Program)에 의해 발생된 고장전압 및 전류에 대해(S100) 매트랩(Matlab)을 통하여 최소자승오차법(LSE : Least Square Error Method)으로 아크전압의 크기를 구해 송전선에서 발생한 사고가 어떤 사고인지 판별하게 된다(S110,S120).3 is a flowchart illustrating a method for detecting an arc accident and measuring a distance of a transmission line according to an embodiment of the present invention. First, a failure generated by an EMTP (Electro Magnetic Transients Program), a power system transient analysis program, as a preprocessing process. With respect to voltage and current (S100), the magnitude of the arc voltage is determined by a least square error method (LSE) through a matlab to determine what kind of an accident occurs on a transmission line (S110, S120).
이때, 상기 전처리 과정은 입력 신호(전압과 전류)를 대칭성분(즉, 송전선로의 정상분, 영상분, 역상분 성분)으로 분석하게 된다. 따라서, 각 대칭성분은 (식1)과 같이 나타내게 된다.In this case, the preprocessing process analyzes the input signals (voltage and current) as symmetrical components (that is, normal, image, and reverse phase components of the transmission line). Therefore, each symmetrical component is represented by (1).
여기서, Vp, Vn, V0는 각각 정상분, 역상분 및 영상분의 전압이고, Ip, In, I0는 각각 정상분, 역상분 및 영상분의 전류이며, R과 L은 정상분과 역상분선로에서 저항과 리액턴스이고, R0와L0는 영상분선로에서 저항과 리액턴스이다. 그리고, Vap, Van, Va0는 각각 정상분, 역상분 및 영상분의 아크전압이다.Where V p , V n and V 0 are the voltages of the normal, reverse and image components, respectively, and I p , I n and I 0 are the currents of the normal, reverse and image components, respectively. Resistance and reactance in normal and reverse phase lines, R 0 and L 0 are resistance and reactance in video segment. V ap , V an , and V a0 are arc voltages of the normal, reverse phase, and image fractions, respectively.
그리고, 상기 (식 1)에 정의된 식들에 중첩의 원리를 이용하면, 다음의 (식 2)가 나오게 된다.Then, using the principle of superimposition on the equations defined in Equation 1, the following Equation 2 comes out.
여기서,이고, Va는 아크전압의 크기이며, ε는 모든 측정 오차와 선로의 모델링, 아크등의 오차이다.here, Where Va is the magnitude of the arc voltage, and ε is the error of all measurement errors, modeling of the line, and arcs.
다음으로, 상기 (식 2)를 미지수 개수보다 식의 수가 많아지는 경우에서 시스템의 해법으로 사용되는 최소자승오차법(LSE)에 적용하여 다음의 (식 3)의 행렬에 적용하면, 아크전압의 크기가 결정된다.Next, when (Equation 2) is applied to the least square error method (LSE) used as a system solution in the case where the number of equations is larger than the unknown number, it is applied to the matrix of Equation 3 below. The size is determined.
여기서, R은 선로의 저항이고, L_e는 선로의 등가 임피던스이며, V_a는 아크전압의 크기이다. 그리고,,Where R is the resistance of the line, L_e is the equivalent impedance of the line, and V_a is the magnitude of the arc voltage. And, ,
, ,
, ,
, ,
, ,
이다. to be.
한편, 상기 아크전압의 크기가 일시고장으로 판별(S130)되면, 바로 재폐로를 수행(S140)하고, 그렇지 않고 상기 아크전압의 크기가 영구고장으로 판별(S150)되면, 스위칭시 발생되는 고조파 성분을 제거하기 위해 저역통과필터(Low Pass Filter)를 사용하여 필터링 하게 된다(S160). 이때, 상기 저역통과필터(LPF)는 1차에서 10차까지의 차수 중 필터링 능력과 속도면에서 가장 우수하다고 판정되는 2차 즉, 2차의 버터워스(butterworth) 저역통과필터를 사용하였다.On the other hand, if the magnitude of the arc voltage is determined as a temporary failure (S130), the re-closing is performed immediately (S140), otherwise, if the magnitude of the arc voltage is determined as a permanent failure (S150), harmonic components generated during switching In order to remove the filter, a low pass filter is used to filter (S160). In this case, the low pass filter (LPF) used a second, that is, a second Butterworth low pass filter which is determined to be the best in terms of filtering capability and speed in the first to tenth order.
이때, 상기 2차의 버터워스(butterworth) 저역통과 필터의 전달함수는 다음의 (식 4)와 같다.At this time, the transfer function of the second Butterworth low pass filter is as follows.
한편, 계통사고시 전압 신호의 고조파 성분은 2차의 버터워스(butterworth) 저역통과필터를 이용하여 효과적으로 제거될 수 있지만, 전류 신호에 포함된 디시오프셋(DC-offset) 성분은 제거되지 않은 채 신호에 포함되어 있게 된다. 전압과 전류의 기본파 성분을 이용하는 방법에서는 이 직류 성분을 제거해 주지 않으면 정확한 기본파 성분을 구할 수 없으므로, 피할 수 없는 에러를 유발하게 된다.On the other hand, the harmonic component of the voltage signal in a system accident can be effectively removed using a second Butterworth lowpass filter, but the DC-offset component included in the current signal is not removed. It will be included. In the method of using the fundamental wave components of voltage and current, the accurate fundamental wave component cannot be obtained without removing the direct current component, which causes an unavoidable error.
따라서, 본 발명에서는 상기 저역통과필터를 통과한 전압 또는 전류데이터의 직류 성분을 제거하기 위해 디시오프셋(DC-offset) 제거필터로 필터링 하게 된다(S170). 이때, 상기 디시오프셋(DC-offset) 제거필터는 다음의 (식 5)와 같이 구현하였다.Therefore, in the present invention, to remove the DC component of the voltage or current data passing through the low pass filter is filtered with a DC-offset removing filter (S170). In this case, the DC-offset elimination filter is implemented as shown in Equation 5 below.
여기서,는 샘플링 간격이고, τ는 시정수이며, N은 주기당 샘플수이다.here, Is the sampling interval, τ is the time constant, and N is the number of samples per period.
다음으로, 상기 직류 성분이 제거된 전압 또는 전류데이터의 기본파를 추출함과 아울러 그 임피던스를 계산하여 고장거리를 추정하게 된다(S180,S190).Next, the fundamental distance of the voltage or current data from which the DC component is removed is extracted, and the impedance is calculated to estimate the failure distance (S180 and S190).
한편, 거리계전에 사용되는 많은 알고리즘들은 샘플들로부터 얻어진 전압과 전류의 기본파 성분을 추출하여, 그들의 적당한 비(ratio)를 통해 고장점까지의 임피던스를 구한다. 따라서, 이들 알고리즘의 특성은 적은 샘플들로부터 전압과 전류의 기본파 성분을 얼마나 정확하게 얻을 수 있는가에 의존한다. 따라서, 본 발명에서 기본파 추출을 위한 방법으로, 이산 퓨리에 변환(DFT : Discrete Fourier Transform)과 월쉬(Walsh) 함수의 직교변환을 이용하는 방법 등을 사용한다.On the other hand, many algorithms used in rangefinders extract the fundamental components of the voltage and current obtained from the samples, and find their impedance to the point of failure through their proper ratio. Thus, the nature of these algorithms depends on how accurately the fundamental components of voltage and current can be obtained from small samples. Therefore, in the present invention, a method for extracting fundamental waves uses a method using orthogonal transformation of Discrete Fourier Transform (DFT) and Walsh function.
이때, 상기 이산 퓨리에변환(DFT)은 다음의 (식 6)와 같다.In this case, the Discrete Fourier Transform (DFT) is as shown in Equation 6 below.
여기서,이다.here, to be.
한편, 상기 (식 6)에서 k는 고조파의 차수를 의미하며, k를 1로 하면 기본 주파수의 성분을 구할 수 있다. 따라서, 상기 (식 6)는 한 주기의 샘플데이터 모두를 이용하는 한주기 이산 퓨리에변환(FCDFT ; Full Cycle Discrete Fourier Transform, 이하 FCDFT라 함)에 관한 식이며, 보다 빨리 기본파 성분을 얻기 위해 반주기의 데이터만을 이용한 반주기 이산 퓨리에변환(HCDFT ; Half Cycle Discrete Fourier Transform, 이하 HCDF??라 함)를 나타내는 식은 다음의 (식 7)과 같다.In Equation 6, k denotes an order of harmonics, and when k is 1, a component of a fundamental frequency can be obtained. Therefore, Equation 6 is a formula for a one-cycle discrete Fourier transform (FCDFT) using all of one period of sample data, and the half-cycle data in order to obtain a fundamental wave component more quickly. The equation representing the half cycle Discrete Fourier transform (HCDFT) using only HCDF ?? is given by the following equation (7).
이에 따라 높은 차수의 고조파와 디시오프셋(DC-offset)이 제거된 전압 및 전류 신호가 이산 퓨리에 변환(DFT) 즉, FCDFT, HCDFT 필터를 통과하게 되면 기본파 성분만을 가지게 되며, 또한, 이 두 신호의 비(ratio)를 이용하면 고장점까지의 임피던스를 쉽게 구할 수 있게 된다.As a result, voltage and current signals with high-order harmonics and DC-offsets are passed through discrete Fourier transform (DFT), that is, FCDFT and HCDFT filters. Using the ratio of, it is easy to find the impedance to the point of failure.
또한, 기본파를 추출하기 위한 방법으로 사용되는 방법 중의 하나가 월쉬(Walsh) 함수를 사용하는 방법으로, 상기 월쉬(Walsh) 함수는 구간 [0,1)에서 정의된다. 여기서, 1은 정규화된 값을 의미한다. 적분 가능한 임의의 함수 f(t)는 구간 [0,1)에서 월쉬(Walsh) 함수는 다음의 (식 8)과 같은 유한급수로 전개될 수있다.In addition, one of the methods used as a method for extracting the fundamental wave is a method using a Walsh function, and the Walsh function is defined in the interval [0, 1). Here, 1 means a normalized value. Any function f (t) that can be integrated can be developed in a finite series such as the following Walsh function in the interval [0,1).
여기서, 월쉬(Walsh) 계수 Fi는 다음의 (식 9)의 직교특성을 이용하여 다음의 평균자승오차를 최소로 한다는 필요조건으로 구할 수 있다.Here, the Walsh coefficient F i can be obtained as a requirement of minimizing the following mean square error using the orthogonality of the following expression (9).
여기서, Pal(i, t)는 이원배열의 월쉬(Walsh) 함수이고, Fi는 I번째의 월쉬(Walsh) 함수 Pal(i, t)의 계수이다.Here, Pal (i, t) is the Walsh function of the binary array, and F i is the coefficient of the Walsh function Pal (i, t) of the I'th.
한편, 상기 (식 9)과 같이 정의되는 오차식을 최소화하기 위해서는 Fi에 대하여 편미분한 값이 0이 되어야 한다.On the other hand, in order to minimize the error equation defined as in Equation (9), the partial differential value for F i should be zero.
또한, 직교특성에 의하여 계수 Fi는 다음의 (식 10)와 같다.Further, due to the orthogonal characteristics, the coefficient F i is represented by the following expression (10).
여기서, 상기 (식 10)에서 오차는 월쉬(Walsh) 함수의 전개 항수를 늘림에 따라 작아지게 된다.Here, the error in Equation 10 becomes smaller as the expansion term of the Walsh function increases.
한편, 선로에 단락사고가 발생하면 영상전류가 존재하지 않지만 지락사고 발생시에는 불평형 고장이 되어 영상전류 및 영상전압이 존재하게 된다. 따라서, 지락사고시 계전기에서 측정되는 임피던스는 정상 임피던스 외에 영상 임피던스까지포함하게 된다. 그러므로, 같은 지점의 사고라 하더라도 단락사고시와 지락사고시 선로의 임피던스 값, 즉 전기적인 거리는 그 값이 틀려진다. 단락 보호용 거리계전기는 송전선의 정상 임피던스를 측정하도록 되어있다. 하지만, 지락사고시에는 영상전류의 존재로 인한 계전기의 언더리치(underreach)현상이 발생하여 계전기가 부동작하는 경우가 발생할 수 있으므로 이 영상전류에 의한 오차를 보상해 주어야만 계전기의 정확한 동작을 얻을 수 있다.On the other hand, if a short circuit accident occurs in the line, there is no video current, but in the event of a ground fault, an unbalance occurs and the video current and the video voltage exist. Therefore, the impedance measured at the ground fault includes the image impedance in addition to the normal impedance. Therefore, even if the accident occurs at the same point, the impedance value of the line in the case of short-circuit and ground fault is different from the electric distance. Short circuit protection distance relays measure the normal impedance of the transmission line. However, in the event of a ground fault, the relay may be inoperable due to the occurrence of underreach of the relay due to the presence of the image current. Therefore, the correct operation of the relay can be obtained only by compensating for the error caused by the image current. .
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고장거리를 추정하기 위한 도면으로, 송전선의 A상에서 지락 사고가 발생하였을 때, 계전기 설치점에 있어서의 사고상 전압 VA는 다음의 (식 11)과 같이 표현된다.Figure 4 is a diagram for estimating a fault distance according to one embodiment of the present invention, when a ground fault occurs on the A of the transmission line, the incident of the relay installation point voltage V A is the following (Equation 11) and of It is expressed as
VA= V0+ V1+ V2----------------------------------(식 11)V A = V 0 + V 1 + V 2 ---------------------------------- (Equation 11)
여기서, V0, V1, V2는 계전기 설치점에서의 대칭분 전압이다.Here, V 0 , V 1 , V 2 are symmetrical voltages at the relay installation point.
또한, 단위거리 [km]당 V0= I0Z0, V1= I1Z1, V2= I2Z2이므로, 다음의 (식 12)와 같다.Further, since V 0 = I 0 Z 0 , V 1 = I 1 Z 1 , V 2 = I 2 Z 2 per unit distance [km], the following Equation 12 is obtained.
따라서, 계전기 설치점에서 사고점까지의 송전선 임피던스를 다음의 (식 13)와 같이 나타낸다.Therefore, the transmission line impedance from the relay installation point to the accident point is expressed by the following equation (13).
여기서, V0, V1, V2는 계전기 설치점에서의 대칭분 전압이고,Where V 0 , V 1 , V 2 are the symmetrical voltages at the relay installation point,
I0+ I1+ I2는 계전기 설치점의 고장회선에서의 대칭분 전류이고,I 0 + I 1 + I 2 is the symmetrical current on the fault line of the relay installation point,
I0' 는 계전기 설치점의 건전회선에서의 영상전류이고,I 0 'is the video current at the sound circuit of the relay installation point,
Z0+ Z1+ Z2는 단위 거리당 송전선의 대칭임피던스(Z1= Z2)이고,Z 0 + Z 1 + Z 2 is the symmetric impedance of the transmission line per unit distance (Z 1 = Z 2 ),
ZL은 계전기 설치점에서 사고점까지의 송전선임피던스(ZL= Z1×L)이고,Z L is the line impedance (Z L = Z 1 × L) from the relay installation point to the accident point,
Zm은 회선간의 상호임피던스이다.Zm is the mutual impedance between the lines.
그리고, 상기 (식 12)에 나타낸 바와 같이 지락사고시 영상분 임피던스를 구하기 위해서는 분모에항과항을 첨가하여 주어야 한다. 상기 (식 12)는 2회선 송전선에 관한 식이지만, 1회선의 경우에는항을 삭제하고 적용하면 된다. 즉, Z0, Z1, Z2, Zm은 이미 알고 있는 값이고,을 이용하면 쉽게 구할 수 있는 값이므로, 간단한 계산으로 고장지점까지의 임피던스를 구할 수 있게 된다.As shown in Equation 12, in order to obtain the impedance of the ground fault in the ground fault, Section The term should be added. Equation (12) above relates to a two-wire transmission line, but in the case of one line Just delete the term and apply it. That is, Z 0 , Z 1 , Z 2 , Zm are known values, Since the value can be easily obtained, the impedance up to the point of failure can be obtained by simple calculation.
본 발명의 연구수행 과정을 요약하면 다음과 같다.The summary of the research process of the present invention is as follows.
본 발명에서는 아크사고 검출과 고장거리 추정을 위한 알고리즘의 수행을 효율적으로 하기 위하여 GUI(Graphic User Interface)를 이용하여 시뮬레이션 할 수 있도록 나타내었다.In the present invention, in order to efficiently perform the algorithm for the arc accident detection and fault distance estimation is shown to be simulated using a GUI (Graphic User Interface).
본 발명에서는 송전선로에서 발생하는 사고가 일시고장인지 영구고장인지를 판별하여 영구고장인 경우 거리계전을 통한 보호 알고리즘을 수행하게 된다. 따라서, 일시고장과 영구고장을 판별하기 위하여 산화아연(ZnO) 피뢰기 모델을 사용하여 아크전압과 유사한 파형을 만들어 입력으로 사용하고 이를 토대로 아크 사고를 검출하게 된다. 모델계통은 선로의 양단에 240[MVA]와 180[MVA]의 두 전원을 포함하는 26[km]의 선로이다. 이 모델은 용인-안성간의 실계통 모델이고, 이 모델 계통을 EMTP로 시뮬레이션하여 데이터를 얻었다.In the present invention, by determining whether an accident occurring in a transmission line is a temporary failure or a permanent failure, in the case of a permanent failure, a protection algorithm is performed through a distance relay. Therefore, in order to distinguish between temporary failure and permanent failure, a waveform similar to the arc voltage is generated using a zinc oxide (ZnO) lightning arrester model and used as an input, and based on this, an arc accident is detected. The model system is 26 [km] with two power sources of 240 [MVA] and 180 [MVA] at both ends of the track. This model is a real system model between Yongin and Anseong, and the model system was simulated by EMTP to obtain data.
[표 1]은 알고리즘의 타당성을 위하여 모의된 고장형태와 고장조건에 관한 것이다. 고장 형태는 1선 지락사고와 1선 아크사고이고, 고장거리는 전체 거리 26[km]를 100(%)로 하여 10% 간격, 즉, 2.6km 간격으로 고장을 발생시켰다. 고장발생각은 0°, 30°, 60°, 90°이다. 이 고장형태와 고장조건 중 아크사고 검출을 위해서는 1선 지락사고와 1선 아크사고의 경우가 모두 사용되게 되지만, 고장거리 추정 알고리즘은 송전선에 1선 지락사고와 같은 영구고장이 발생하였다고 가정하기 때문에 1선 지락사고의 경우만 모의하게 된다.Table 1 shows the fault types and fault conditions simulated for the validity of the algorithm. Types of failure were ground fault and 1-line arc accident, and the fault distance occurred at 10% intervals, that is, 2.6km intervals, with a total distance of 26 [km] as 100 (%). Failure angles are 0 °, 30 °, 60 ° and 90 °. In this fault type and fault condition, both 1-line ground fault and 1-line arc accident are used to detect the arc accident, but the fault distance estimation algorithm assumes that a permanent fault such as a 1-line ground fault occurred on the transmission line. Only first-line ground faults are simulated.
또한, 아크사고 검출을 위한 알고리즘을 1선 지락사고와 1선 아크사고 두 가지 경우를 고장발생거리와 고장발생각을 변화시켜 수행하였다. 입력 데이터는 한주기가 48샘플로 10주기를 잡아서 시뮬레이션 하였다.In addition, two algorithms for detecting arc accidents were performed by varying the fault occurrence distance and the angle of failure. The input data was simulated by taking 10 cycles of 48 samples per cycle.
[표 1] 모의된 고장형태와 고장조건[Table 1] Simulated Failure Types and Failure Conditions
도 5 및 도 6은 고장발생각과 고장거리가 0°와 30%(7.8km)로 같은 조건에서 고장의 종류만을 다르게 하여 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면으로, 위쪽의 파형은 최소자승오차법에 의하여 전 샘플의 수렴과정을 나타낸다. 그리고, 아래의 파형은 그래프가 결과적으로 수렴하는 값을 마지막 10샘플의 값으로 보여준다. 도 5를 참조하면, 아크전압의 크기가 약 4×104[V] 정도의 값으로 수렴하는 것을 볼 수 있고, 고 6을 참조하면, 아크전압의 크기는 약 50[V] 이하의 값으로 수렴하는 것을 알 수 있다. 따라서, 1선 아크사고로 모의된 일시고장의 경우와 1선 지락사고로 모의된 영구사고의 경우, 아크전압의 크기가 매우 큰 차이를 가지는 것을 알 수 있다.5 and 6 are diagrams showing simulation results of different types of failures under the same conditions at which the occurrence angle and the failure distance are 0 ° and 30% (7.8 km). The upper waveform is obtained by the least square error method. The convergence process of all samples is shown. The waveform below shows the resulting convergence of the graph as the last 10 samples. Referring to FIG. 5, it can be seen that the magnitude of the arc voltage converges to a value of about 4 × 10 4 [V]. Referring to high 6, the magnitude of the arc voltage is about 50 [V] or less. You can see the convergence. Therefore, it can be seen that the magnitude of the arc voltage has a very large difference in the case of temporary failure simulated by the one-line arc accident and the permanent accident simulated by the one-line ground fault.
도 7 및 도 8은 고장발생각이 같은 경우에서 고장거리를 90%로 달리하였을경우의 결과를 나타낸 도면으로, 상기 도 5 및 도 6과 같이 일시고장의 경우와 영구고장의 경우의 아크전압의 수렴값이 뚜렷하기 차이가 있음을 보인다.7 and 8 show results when the failure distance is changed to 90% when the failure angles are the same. As shown in FIGS. 5 and 6, the arc voltages of the temporary failure and the permanent failure are shown in FIG. The convergence values are distinctly different.
이에 따라 아크전압의 검출이 고장거리와 고장발생각에 관계없음을 보여준다.This shows that the detection of arc voltage is independent of the failure distance and the angle of occurrence.
상기한 바와 같이 일시고장의 경우, 아크전압의 크기는 고장발생각이나 고장거리에 크게 영향을 받지 않고, 약 4×104[V] 정도 아크전압으로 수렴하는 결과가 나타났다. 또한, 1선 지락사고로 모의된 영구고장의 경우, 일시고장의 경우와 마찬가지로 고장발생각이나 고장거리에는 크게 영향을 받지 않는다. 그러나, 알고리즘을 통하여 수렴되는 아크전압의 크기는 50[V] 이하의 값을 나타내고 있다. 결과적으로 일시고장과 영구고장의 경우 알고리즘을 통하여 수렴하게 되는 아크전압의 크기는 매우 큰 전압 차이를 나타낸다.As described above, in the case of temporary failure, the magnitude of the arc voltage was not significantly affected by the failure angle or the failure distance, and the convergence of the arc voltage was about 4 × 10 4 [V]. In addition, in case of permanent failure simulated by 1-line ground fault, it is not influenced by the angle of failure or the distance of failure as in case of temporary failure. However, the magnitude of the arc voltage converged through the algorithm is less than 50 [V]. As a result, in the case of temporary failure and permanent failure, the magnitude of the arc voltage converged by the algorithm shows a very large voltage difference.
따라서, 아크전압의 검출을 위하여 사용된 입력 데이터는 한 주기가 48샘플로 10주기를 사용하여 시뮬레이션하였다. 최소자승오차법을 이용한 시뮬레이션 결과로 얻어진 아크전압의 수렴값은 고장 발생 후 2주기 이내에서 수렴을 하기 때문에 사고가 발생한 이후 2주기가 지나기 전에 아크전압 수렴값을 알 수 있기 때문에 신속하게 사고의 종류를 판별하여, 자동 재폐로나 거리계전을 행할 수 있다.Therefore, the input data used for the detection of the arc voltage was simulated using one cycle of 48 samples and 10 cycles. The arc voltage convergence values obtained as a result of the simulation using the least-squares error method converge within 2 cycles after the failure, so the arc voltage convergence value can be known before 2 cycles after the accident. Automatic reclosing and distance relaying can be performed.
도 9a 및 도 9b는 영구고장에 대해 고장 발생각이 0°와 90°인 경우 저역통과필터를 통과한 전압파형을 나타낸 도면으로, 기본파를 추출하기 위한 전처리 과정으로 전압 성분에 주로 포함되어 있는 고조파를 제거하기 위한 2차 버터워스(butterworth) 저역통과필터의 모의 결과는 다음과 같다. 일반적으로 고조파는 고장발생각에 따라 크게 영향을 받는데, 고조파의 영향은 0°에서 90°로 갈수록 심해진다. 따라서, 고장거리는 같고 고장발생각이 0°와 90°인 경우의 사고전압 파형과 고조파를 제거한 후의 전압 파형을 나타낸다. 고장이 발생한 경우 고장상의 전압이 다른 상보다 작아지는 것을 볼 수 있으며, 저역통과필터(Low-pass filter)를 통과한 전압은 그 크기가 원래의 전압의 크기보다 줄어들게 되고, 위상지연이 발생한다.9A and 9B are diagrams showing voltage waveforms passing through a low pass filter when failure angles are 0 ° and 90 ° for permanent failure, and are mainly included in voltage components as a preprocessing process for extracting fundamental waves. The simulation results of the second-order Butterworth lowpass filter to remove harmonics are as follows. In general, harmonics are greatly affected by the angle of failure, and the effects of harmonics increase from 0 ° to 90 °. Therefore, the fault voltage waveform when the fault distance is the same and the fault angle is 0 ° and 90 ° and the voltage waveform after the harmonics are removed. If a fault occurs, the voltage of the fault phase becomes smaller than the other phases. The voltage passing through the low-pass filter decreases in magnitude than the original voltage, and phase delay occurs.
이후, 송전선로에서 고장이 발생한 경우, 전압에는 고조파 성분이 많이 포함되어 있는데 반해, 전류에는 일반적으로 지수적으로 감소하는 직류 성분이 많이 포함되어 있다. 직류 성분에 의한 전류 파형의 왜곡은 전압의 고조파 경우와는 달리 고장발생각 0°에서 가장 심하고 90°로 갈수록 양호한 결과를 보인다. 기본파를 추출하여 거리 계전을 하는 경우, 이러한 직류성분을 적절히 제거해 주어야 정확한 결과를 얻을 수 있다. 따라서, 디시오프셋(DC-offset)을 제거하기 위한 필터링 할 필요가 있다. 도 10a 및 도 10b는 고장거리는 같고 고장발생각이 각각 0°와 60°인 경우에서의 디시오프셋(DC-offset) 제거 필터를 통과한 전류파형을 나타낸 도면으로, 디시오프셋(Dc-offset)은 0°에서 가장 크게 나타나고, 고장발생각이 커질수록 작아지게 된다.After that, when a failure occurs in the transmission line, the voltage includes a large amount of harmonic components, whereas the current includes a large number of DC components that generally decrease exponentially. Unlike the harmonics of the voltage, the distortion of the current waveform due to the direct current component is most severe at the failure angle of 0 ° and shows good results toward 90 °. In case of distance relay by extracting fundamental wave, it is necessary to remove these DC components properly to obtain accurate results. Therefore, it is necessary to filter to remove the DC offset. 10A and 10B are diagrams showing current waveforms passing through a DC-offset elimination filter when the failure distances are the same and the failure angles are 0 ° and 60 °, respectively. It is the largest at 0 ° and becomes smaller as the failure angle increases.
상기한 바와 같이 2차의 버터워스(butterworth) 저역통과필터와 디시오프셋(DC-offset) 제거 필터를 통과하여 얻어진 전압과 전류 데이터를 이용하여 기본파 추출과 임피던스의 계산을 행하였다. 기본파를 추출하기 위한 방법으로는 HCDFT, FCDFT 및 월쉬(Walsh) 함수를 이용하였다.As described above, the fundamental wave extraction and the impedance were calculated using voltage and current data obtained through the second-order Butterworth low pass filter and the DC-offset elimination filter. HCDFT, FCDFT and Walsh functions were used to extract the fundamental wave.
도 11a 및 도 11b는 고장발생각 0°와 90°에서 고장거리에 따른 저항 성분의 수렴과정을 나타낸 도면으로, 사고가 발생한 후 반주기가 지난 후부터 나타내었고, 고장 발생 후 4주기의 값을 나타내었다.11A and 11B are diagrams illustrating the convergence process of resistance components according to fault distances at fault angles of 0 ° and 90 °, and are shown after a half cycle after an accident and 4 cycles after a failure. .
도 12a 및 도 12b는 고장발생각 0°와 90°에서 고장거리에 따른 리액턴스 성분의 수렴과정을 나타낸 도면으로, 상기 도 11a 및 도 11b를 비교하여 보면 저항 성분은 0°에서 보다 90°에서 빨리 수렴하는 것을 볼 수 있다. 이것은 사고 발생 후 전류에 포함되어 있는 직류성분 때문인데, 고장 전압과 전류가 디시오프셋(DC-offset) 제거 필터를 거쳤다 하더라도, 직류성분이 완전하게 제거되지 않을 수도 있고 필터를 거친 후의 위상변화와 크기변화에 대한 보상 과정의 오차로 인하여 0°고장의 경우, 직류성분이 상대적으로 90°의 경우보다 많이 남아있게 되기 때문에 90°에서 상대적으로 빠른 수렴을 보인다. 반면, 도 12a 및 도 12b에서 도시된바와 같이, 리액턴스 성분의 수렴속도는 90°인 경우보다 0°인 경우가 빠른 것을 나타내었다.12A and 12B illustrate a process of convergence of reactance components according to failure distances at failure angles 0 ° and 90 °. In comparison with FIGS. 11A and 11B, the resistance component is faster at 90 ° than at 0 °. You can see the convergence. This is due to the DC component included in the current after the accident. Even if the fault voltage and current go through a DC-offset rejection filter, the DC component may not be completely removed and the phase change and magnitude after passing through the filter. In the case of 0 ° failure due to the error of the compensation process for change, the DC component remains relatively faster than the case of 90 °, so it shows relatively fast convergence at 90 °. On the other hand, as shown in Figure 12a and 12b, the convergence rate of the reactance component is shown that the case of 0 ° is faster than the case of 90 °.
상기 HCDFT의 경우는 FCDFT의 반주기만을 사용하기 때문에 상대적으로 수렴하는 속도가 빠르지만, 한주기의 데이터를 모두 사용하는 FCDFT의 반주기만을 사용하기 때문에, 수렴점에서 조금 더 크게 진동한다. 이것은 사용하는 데이터의 양이 적기 때문에 발생하는 결과라 할 수 있다. 도 13a 및 도 13b는 HCDFT와 FCDFT를 고장발생각 60°, 고장거리 40%에서의 저항과 리액턴스의 수렴특성을 비교한 도면이다.Since the HCDFT uses only half-cycle of FCDFT, the convergence speed is relatively high. However, since only half-cycle of FCDFT using all of one period of data is used, the HCDFT oscillates slightly larger at the convergence point. This is a result of the small amount of data used. 13A and 13B are diagrams comparing the convergence characteristics of resistance and reactance of HCDFT and FCDFT at a failure angle of 60 ° and a failure distance of 40%.
[표 2]는 고장발생각과 고장거리를 달리한 경우에서 실계통의 저항과 리액턴스값을 HCDFT와 FCDFT로 추출되어진 저항과 리액턴스 성분과 비교한 것으로, 상기 [표 2]에서 보면 실제값과 FCDFT, HCDFT를 통하여 구해진 R, L 값이 약간의 차이를 보이지만 이것은 기본파를 추출하기 위한 전처리 과정 중의 오차와 샘플링 주파수에 따른 것이라 할 수 있다. 또한, 실제값과 비교하여 볼 때 최대로 나타나는 오차는 저항값이 약 0.0356[Ohm], 리액턴스값은 약 0.12[Ohm] 정도의 오차를 보인다. 이는 전체 송전 선로의 길이에서 매우 작은 값이라고 할 수 있어서 허용 가능한 오차라 할 수 있다.[Table 2] compares the resistance and reactance values of the real system with the resistance and reactance components extracted by HCDFT and FCDFT when the failure angle and the failure distance are different. Although the R and L values obtained through HCDFT show slight differences, this is due to the sampling frequency and the error during the preprocessing to extract the fundamental wave. In addition, the maximum error compared to the actual value shows the resistance of about 0.0356 [Ohm] and the reactance value of about 0.12 [Ohm]. This is a very small value in the length of the entire transmission line, which is an acceptable error.
[표 2] 실제값과 HCDFT, FCDET를 통한 R, L값의 비교[Table 2] Comparison of actual values and R, L values through HCDFT, FCDET
다음으로, 월쉬(Walsh) 함수를 이용하여 기본파를 추출한 경우이다. 도 14a 및 도 14b는 고장발생각이 0°인 경우 또는 도 15a 및 도 15b는 고장발생각이 90°인 경우에서 고장거리만 달리하여 저항과 리액턴스의 수렴 과정을 나타낸 도면으로, 상기 월쉬(Walsh) 함수를 사용하여 기본파를 추출하는 것은 FCDFT를 사용하는 경우와 유사한 결과를 나타낸다. 그러나, 월쉬(Walsh) 함수를 사용하는 경우, 연산 시간이 FCDFT보다는 약간 길어진다.Next, the basic wave is extracted using the Walsh function. 14A and 14B are diagrams illustrating a convergence process of resistance and reactance by varying only a failure distance when the failure angle is 0 ° or when the failure angle is 90 °. Using the) function to extract the fundamental wave has similar results as using the FCDFT. However, when using the Walsh function, the computation time is slightly longer than the FCDFT.
[표 3]은 실제값과 FCDFT, Walsh 함수를 사용하여 추출한 저항과 리액턴스 값을 비교한 것으로, 이 값은 고장 발생 후 4주기의 데이터를 가지고 연산을 하였고, 상기 [표 2]와 비교하기 위하여 고장발생각은 0°, 30°, 90°세 가지 경우이고, 고장거리는 10%, 30%, 50%, 70%이다.[Table 3] compares the actual values with the resistance and reactance values extracted using the FCDFT and Walsh functions. These values were calculated with four cycles of data after a failure, and compared with Table 2 above. Failure angles are three cases: 0 °, 30 °, and 90 °. The fault distances are 10%, 30%, 50%, and 70%.
[표 3] 실제값과 FCDET, 월쉬(Walsh) 함수를 통한 R, L값의 비교[Table 3] Comparison of actual values and R, L values through FCDET and Walsh functions
상기 결과를 비교하여 볼 때, 월쉬(Walsh) 함수를 사용하는 경우에서 각 고장거리와 고장발생각 등의 고장조건에 따른 저항값과 리액턴스의 값은 실제값과 FCDFT와 비교하여 거의 오차가 없는 것을 알 수 있다.Compared with the above results, in the case of using Walsh function, the resistance and reactance values according to the failure conditions such as the failure distance and the angle of occurrence of the failure have almost no error compared with the actual values and the FCDFT. Able to know.
따라서, 상기한 바와 같이 본 발명은 송전선로의 아크사고 검출 및 고장거리 추정방법으로, 송전선로에서 일시고장과 영구고장을 구분하여 일시고장 발생 시 재폐로를 수행하고, 특히 영구고장 발생 시에는 입력전압ㆍ전류신호의 고조파와 직류성분을 제거하며, 기본파 성분을 추출하는 필터링을 함으로써, 송전선로의 영구고장 시 보다 신속하고 정확하게 송전선로의 고장검출 및 고장거리를 추정할 수 있는 이점이 있다.Therefore, as described above, the present invention is an arc accident detection and failure distance estimation method of a transmission line, and distinguishes temporary failure and permanent failure in a transmission line to perform reclosing when a temporary failure occurs, in particular, when a permanent failure occurs. By filtering the harmonics and direct current components of voltage and current signals and extracting the fundamental wave components, there is an advantage that the fault detection and fault distance of the transmission line can be estimated more quickly and accurately in case of permanent failure of the transmission line.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서당분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 많은 변형이 가능함은 명백할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it will be apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
Claims (6)
Priority Applications (1)
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KR10-2001-0027140A KR100383720B1 (en) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | Detection of Arcing Faults in Transmission Lines and Method for Fault Distance Estimation |
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Family
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Family Applications (1)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Families Citing this family (1)
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- 2001-05-18 KR KR10-2001-0027140A patent/KR100383720B1/en not_active IP Right Cessation
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KR100383720B1 (en) | 2003-05-14 |
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