KR20070046445A - 전력선통신을 이용한 분산전원 단독운전 방지장치 및 그를이용한 방법 - Google Patents

전력선통신을 이용한 분산전원 단독운전 방지장치 및 그를이용한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 154㎸의 전압을 배전계통에서 사용하는 22.9㎸의 전압으로 변환하여 다수의 배전선로를 통하여 인출하며, PLC 패킷 전송기를 포함하는 배전급 변전소(100)와 상기 배전선로를 원격으로 전압 계측, 전류 계측, 상태 계측과 제어, 설정이 가능한 배전선로 자동화 개폐기(101)와 배전선로 자동화용 리클로져(102)의 사이에 상기 PLC 패킷 신호가 전송되는 PLC 통신선로(203)와 상기 배전선로 자동화용 리클로져(102)의 일측에 분산전원 차단기(202), 분산전원(105) 및 상기 PLC 패킷 신호를 수신하는 분산전원 단독운전 방지부(201)를 포함하는 분산전원 선로(103)와 상기 배전 사업소에 네트워크 통신망을 통하여 상기 배전선로 자동화 개폐기(101), 배전선로 자동화용 리클로져(102)를 원격설정, 계측 및 제어 기능을 수행하는 배전자동화 시스템운영부(106)로 이루어진다.
PLC, 분산전원, 단독운전 방지, 배전자동화

Description

전력선통신을 이용한 분산전원 단독운전 방지장치 및 그를 이용한 방법{Anti-islanding apparatus for distributed generation using Power Line Communication and using method thereof}
도1은 종래의 배전자동화 시스템의 구성도이다.
도2는 본 발명에 따른 PLC를 이용한 분산전원의 단독운전 방지장치를 통합한 배전자동화 시스템의 구성도이다.
도3은 본 발명에 따른 PLC를 이용한 분산전원 단독운전 방지장치의 구성도이다.
도4는 본 발명에 따른 PLC를 이용한 분전전원 단독운전 방지방법을 나타낸 흐름도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
100: 배전급 변전소 101: 배전선로 자동화 개폐기
102: 배전선로 자동화용 리클로져 103: 고객측 분산전원 선로
104: 분산전원 차단기 105: 분산전원
106: 배전자동화 시스템 운영부 200: PLC 패킷 전송기
201: 분산전원 단독 운전 방지부 202: 분산전원 차단기
203: PLC 통신선로 301: 전력선통신 인터페이스 모듈
302: 주 처리 모듈
303: 계통 및 분산전원 측 전압 및 주파수 계측 모듈
304: 차단기 제어출력 모듈 305: 분산전원 파워 컨디셔닝 모듈
본 발명은 배전자동화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풍력, 태양광드의 분산전원을 설치할 때 설치가 분산전원 단독운전 방지장치에서 기존에 사용되는 수동방식 및 능동방식의 단독운전 방지기술 대신에 전력선 통신기술을 사용하여 배전자동화 시스템과 효과적으로 통합한 전력선통신을 이용한 분산전원 단독운전 방지장치 및 그를 이용한 방법을 제공하는 것이다.
기존의 단독운전 방지기술은 분산전원이 연계된 계통에서 전압, 전류, 주파수를 계측하여 계통과의 분리 여부를 판정하는 수동방식과 연계선로에 미소 외란 신호를 주입하여 이 신호에 의한 계통의 변화를 감지하여 계통분리 여부를 판정하는 능동방식이 있었다. 수동방식은 계통분리 시 계측된 값의 변화가 작을 경우 단독운전 판정을 하지 못하는 NDZ(Non-Detection Zone)이 존재하고, 능동방식은 계통 에 외란 신호를 주입함으로써 계통을 불안정하게 하여 전기품질을 저하 시키는 요인이 될 수 있고, 수동방식과는 다른 특성의 NDZ(Non-Detection Zone)가 존재하여서 기존의 두 가지 단독운전 방지기술 모두 완벽하게 계통분리를 판정할 수 없는 단점을 가지고 있었다. 단독운전이 감지되었다고 하더라도, 배전계통에서 분산전원의 운전 여부를 확인할 방법을 현재로서는 가지고 있지 않았다.
또한, 고객이 분산전원을 설치하여 한전 계통에 연계시킬 때 고객 분산전원 시스템의 보호 및 안전사고 방지를 위하여 단독운전 방지장치를 설치해야 하는데, 이 분야의 종래기술은 수동방식 또는 능동방식의 단독운전 방지기술을 이용하여 한전의 배전계통 자동화 시스템과 분리되어 운영되어 왔다.
현재 분산전원 단독운전 방지기술은 분산전원이 연계된 계통에서 전압, 전류, 주파수를 계측하여 계통과의 분리여부를 판정하는 수동방식과 연계선로에 미소 외란 신호를 주입하여 이 신호에 의한 계통의 변화를 감지하여 계통분리여부를 판정하는 능동방식이 있다. 수동방식은 계통분리시 계측된 값의 변화가 작을 경우 단독운전 판정을 하지 못하는 NDZ(Non-Detection Zone)이 존재하고, 능동방식은 계통에 외란 신호를 주입함으로써 계통을 불안정하게 하여 전기품질을 저하시키는 요인이 될 수 있고, 수동방식과는 다르지만 NDZ(Non-Detection Zone)가 존재하여서 종래의 두 가지 단독운전 방지기술 모두 완벽하게 계통분리를 판정할 수 없는 단점이 있었다. 단독운전이 감지되었다고 하더라도, 한전의 배전계통에서 분산전원의 운전여부를 확인할 방법이 없는 문제점이 있었다.
도1은 현재 한전에서 운용중인 배전자동화 시스템의 구성도를 도시하였다.
상기 시스템에서 배전선로에서 설치되어 있는 자동화용 개폐기 및 리클로져(Recloser)를 원격계측, 제어 및 설정을 할 수 있어서, 선로에 고장이 발생하면 원격에서 개폐기를 조작함으로써 고장처리를 할 수 있고, 보호협조기기에 대한 보호협조 가능여부를 검토하고, 기기의 보호협조 파라미터를 원격 설정할 수 있었다. 이러한 배전자동화기술은 한전의 선로 고장처리시간을 획기적으로 단축하였고, 이를 근간으로 자동 고정처리, 계통 최적화 등 다양한 선로 운영기법을 시행할 수 있어 현재 계속 선로 및 개폐기 자동화율을 높여가고 있었다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 고객에 설치된 분산전원의 단독운전방지 장치에서 정확히 단독운전을 감지하고, 분산전원의 운전상태 및 운전여부를 배전계통 운영자에게 통보함으로써 통일된 분산전원이 연계된 배전계통의 운영이 가능하도록 하는 전력선통신을 이용한 분산전원 단독운전 방지장치 및 그를 이용한 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명으로 정확한 단독운전의 감지와 시스템 통합운영 방법을 제공하여, 분산전원의 운전상태를 감시하고, 비상시 즉 계통이 분리가 되면, 분산전원 측의 단독운전 방지장치에서 단독운전을 감지하여 분산전원의 출력을 제어하는데 그 목적이 있다.
마직막으로, 본 발명을 통하여 전력선 통신을 이용한 분산전원 단독운전 방지장치를 제안하고, 이와 배전자동화 시스템의 효과적인 통합방안을 제안하여 고객 분산전원의 효율적인 운영에 기여할 수 있는 전력선통신을 이용한 분산전원 단독운전 방지장치 및 그를 이용한 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 이루기 위하여 본 발명은 154㎸의 전압을 배전계통에서 사용하는 22.9㎸의 전압으로 변환하여 다수의 배전선로를 통하여 인출하며, PLC 패킷 전송기를 포함하는 배전급 변전소(100)와 상기 배전선로를 원격으로 전압 계측, 전류 계측, 상태 계측과 제어, 설정이 가능한 배전선로 자동화 개폐기(101)와 배전선로 자동화용 리클로져(102)의 사이에 상기 PLC 패킷 신호가 전송되는 PLC 통신선로(203)와 상기 배전선로 자동화용 리클로져(102)의 일측에 분산전원 차단기(202), 분산전원(105) 및 상기 PLC 패킷 신호를 수신하는 분산전원 단독운전 방지부(201)를 포함하는 분산전원 선로(103)와 상기 배전 사업소에 네트워크 통신망을 통하여 상기 배전선로 자동화 개폐기(101), 배전선로 자동화용 리클로져(102)를 원격설정, 계측 및 제어 기능을 수행하는 배전자동화 시스템운영부(106)로 이루어진다.
상기 PLC 패킷 전송기(200)는 PLC 패킷을 생성하여 배전선로로 전송하여, 상기 분산전원 단독운전 방지부(201)에서 전송된 신호를 계측하여 신호의 유무를 판단하여 단독운전을 판정한다.
또한, 상기 분산전원 단독운전 방지부(201)는 상기 계통선로로부터 커플러를 통해 패킷 신호를 수신하는 전력선 통신 인터페이스 모듈(301)과 상기 분산전원 단독운전 방지부 내에서 단독운전 제1판정과 동기화 여부를 계산하는 주 프로세싱 모듈(302)와 상기 주 프로세싱 모듈에서 동기화 여부를 계산 후 계측전압 및 주파수를 계측하는 계측모듈(303)과 상기 분산전원 차단기에서 제어신호를 출력하는 차단기 제어출력모듈(304)로 이루어진다.
상기 주 프로세싱 모듈(302)은 동기화 여부를 계산 후, 제2판정인 동기화 여부 판정을 더 포함하며, 상기 계측모듈(303)은 계측전압 및 주파수를 계측과 동시에 분산전원의 전압 및 주파수를 계측하고, 상기 차단기 제어출력모듈(304)은 차단기 투입 및 개방 상태의 정보를 입력하는 것을 더 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도2는 본 발명에 따른 PLC를 이용한 분산전원의 단독운전 방지장치를 통합한 배전자동화 시스템의 구성도로서, 154㎸의 전압을 배전계통에서 사용하는 22.9㎸의 전압으로 변환하여 다수의 배전선로를 통하여 인출하며, PLC 패킷 전송기를 포함하 는 배전급 변전소(100)와 상기 배전선로를 원격으로 전압 계측, 전류 계측, 상태 계측과 제어, 설정이 가능한 배전선로 자동화 개폐기(101)와 배전선로 자동화용 리클로져(102)의 사이에 상기 PLC 패킷 신호가 전송되는 PLC 통신선로(203)와 상기 배전선로 자동화용 리클로져(102)의 일측에 분산전원 차단기(202), 분산전원(105) 및 상기 PLC 패킷 신호를 수신하는 분산전원 단독운전 방지부(201)를 포함하는 분산전원 선로(103)와 상기 배전 사업소에 네트워크 통신망을 통하여 상기 배전선로 자동화 개폐기(101), 배전선로 자동화용 리클로져(102)를 원격설정, 계측 및 제어 기능을 수행하는 배전자동화 시스템운영부(106)로 이루어진다.
고객에 설치된 분산전원의 단독운전 방지장치에서 정확히 단독운전을 감지하고, 분산전원의 운전상태 및 운전여부를 한전 배전계통 운영자에 통보함으로써 통일된 분산전원이 연계된 배전계통의 운영을 가능하도록 한다. 상기 고객에 설치된 분산전원의 단독운전 방지장치가 단독운전을 판정함에 있어 전력선 통신을 이용하여 변전소의 CB 혹은 선로의 개폐기의 열림(Open) 등의 정보를 수신하여 분산전원의 단독운전여부를 판정하고, 이를 배전자동화 시스템과 통합하여 분산전원의 운전여부 및 상태를 선로운영 측면에서 감시한다.
또한, 전력선통신기술을 이용한 단독운전 판정은 기존의 수동방식 및 능동방식의 단점을 보완하여 계통에 무리를 주지 않을 뿐 아니라, 판정불가지역(NDZ: Non-Detection Zone)이 없이 정확한 분산전원의 출력 및 운전상태를 배전계통 사령 실로 송신하여 분산전원의 운전을 감시함으로써 효율적인 배전계통 운영을 도모할 수 있다.
이를 위하여 본 발명은 분산전원 단독운전 방지장치를 포함한 배전자동화 시스템을 이루고, 이를 통하여 정확한 단독운전의 감지와 시스템 통합하여 평상시에는 분산전원의 운전상태를 감시하고, 비상시(계통 분리 시)에는 분산전원 측의 단독운전 방지장치에서 단독운전을 감지하여 분산전원의 출력을 제어한다.
또한, 분산전원 단독운전 방지를 위하여 배전급 변전소 CB, 선로에 설치된 리클로져(Recloser)와 보호협조를 검토하여 단독운전 판단 후 CB 차단시간과 계통 고장처리 후 분산전원 재출력 가능 최소 시간을 설정하여 운영한다.
상기 PLC 패킷 전송기(200)는 154㎸ 배전급 변전소 내의 저압측에 설치되어 PLC 패킷 신호를 생성하여 선로에 주입하며, 여기서 생성되고 전송된 패킷 신호를 고객 측의 분산전원 단독운전 방지부(201)에서 수신하여 배전 계통의 건전유무를 판단하게 된다. 상기 분산전원 단독운전 방지부(201)에서 분산전원의 단독운전이 감지되면, 분산전원차단기(202)를 개방하여 분산전원이 계통에서 분리가 되도록 조치를 취하게 된다. 이후 계통의 고장이 제거되고, 재 건전 복귀가 된 후에는 다시 PLC 패킷 전송기(200)에서 전송된 패킷신호를 재수신하여 계통이 건전하다는 것을 판정하여, 분산전원의 출력이 계통전압과 동기화가 된 후 다시 분산전원을 계통에 연계하게 된다. PLC 통신선로(203)은 PLC 패킷신호가 전송되는 전력선이다.
도3은 본 발명에 따른 PLC를 이용한 분산전원 단독운전 방지장치의 구성도로서, 상기 분산전원 단독운전 방지부(201)는 상기 계통선로로부터 커플러를 통해 패킷 신호를 수신하는 전력선 통신 인터페이스 모듈(301)과 상기 분산전원 단독운전 방지부 내에서 단독운전 제1판정과 동기화 여부를 계산하는 주 프로세싱 모듈(302)와 상기 주 프로세싱 모듈에서 동기화 여부를 계산 후 계측전압 및 주파수를 계측하는 계측모듈(303)과 상기 분산전원 차단기에서 제어신호를 출력하는 차단기 제어출력모듈(304)로 이루어진다.
상기 주 프로세싱 모듈(302)은 동기화 여부를 계산 후, 제2판정인 동기화 여부 판정을 더 포함하며, 상기 계측모듈(303)은 계측전압 및 주파수를 계측과 동시에 분산전원의 전압 및 주파수를 계측하고, 상기 차단기 제어출력모듈(304)은 차단기 투입 및 개방 상태의 정보를 입력하는 것을 더 포함한다.
도4는 본 발명에 따른 PLC를 이용한 분전전원 단독운전 방지방법을 나타낸 흐름도이다.
배전계통에 이상 발생 시, 배전급 변전소의 PLC 패킷 전송기에서 PLC 패킷을 생성하는 제1단계와 상기 제1단계에서 생성된 PLC 패킷을 배전선로에 실어서 전송하는 제2단계와 상기 제2단계에서 전송된 PLC 패킷 신호를 분산전원 단독운전 방지부에서 계측하는 제3단계와 상기 제3단계에서 계측된 신호의 유·무를 판정하는 제4단계와 상기 제4단계에서 판정된 신호로 분산전원의 단독운전을 판정하는 제5단계 와 상기 제5단계에서 단독운전으로 고장이 제거된 후 PLC 패킷 신호를 재전송 받는 제6단계와 상기 제6단계에서 재전송된 PLC 패킷 신호로서 분산전원 단독운전 방지부는 배전계통의 고장이 제거됨을 판단하는 제7단계로 이루어진다.
상기 제7단계에서 배전계통의 고장제거 판단 후 분산전원 단독운전 방지부가 분산전원의 출력과 배전계통의 전압 및 주파수를 동기화하는 제8단계 및 상기 제8단계에서 동기화 후 분산전원을 배전계통에 연계시키는 제9단계를 더 포함한다.
상기 분산전원 단독운전 방지부(201)는 배전자동화시스템의 단말장치의 기능을 수행하며, 분산전원의 출력전압, 전류, 주파수 및 단독운전 상태를 계측하여 사업소 배전자동화 서버로 정보를 전송하여 배전계통 운영자의 효율적인 선로운영을 가능하게 한다.
이상의 본 발명인 전력선통신을 이용한 분산전원 단독운전 방지장치 및 그를 이용한 방법의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명의 범위는 상기에 기재된 실시예 및 하기의 청구범위에 한정되지 않으며, 본 발명에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명으로부터 다양한 변경 및 균등한 실시가 가능하다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 전력선통신을 이용한 분산전원 단독운 전 방지장치와 배전자동화 시스템의 효과적인 통합방안을 제안하여 고객 분산전원 및 한전 계통의 효율적인 운영에 기여할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전력선통신방식을 이용하여 기존의 수동 및 능동방식의 단독운전 방지기술의 단점인 NDZ(Non-Detection Zone) 및 계통의 전력품질 저하를 방지하면서, 정확하게 단독운전 여부를 판달 할 수 있다.
마지막으로 배전자동화 시스템과 연동하여 한전 사업소의 배전사령실에서 고객의 분산전원의 상태 및 출력을 감시하여 효과적인 계통운영를 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

154㎸의 전압을 배전계통에서 사용하는 22.9㎸의 전압으로 변환하여 다수의 배전선로를 통하여 인출하며, PLC 패킷 전송기(200)를 포함하는 배전급 변전소(100);
상기 배전선로를 원격으로 전압 계측, 전류 계측, 상태 계측과 제어, 설정이 가능한 배전선로 자동화 개폐기(101)와 배전선로 자동화용 리클로져(102)의 사이에 상기 PLC 패킷 신호가 전송되는 PLC 통신선로(203);
상기 배전선로 자동화용 리클로져(102)의 일측에 분산전원 차단기(202), 분산전원(105) 및 상기 PLC 패킷 신호를 수신하는 분산전원 단독운전 방지부(201)를 포함하는 분산전원 선로(103);
상기 배전 사업소에 네트워크 통신망을 통하여 상기 배전선로 자동화 개폐기(101), 배전선로 자동화용 리클로져(102)를 원격설정, 계측 및 제어 기능을 수행하는 배전자동화 시스템운영부(106);
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 분산전원 단독운전 방지장치.
제 1 항에 있어서,
상기 PLC 패킷 전송기(200)는 PLC 패킷을 생성하여 배전선로로 전송하여, 상 기 분산전원 단독운전 방지부(201)에서 전송된 신호를 계측하여 신호의 유무를 판단하여 단독운전을 판정하는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 분산전원 단독운전 방지장치.
제 1 항에 있어서,
상기 분산전원 단독운전 방지부(201)는 상기 계통선로로부터 커플러를 통해 패킷 신호를 수신하는 전력선 통신 인터페이스 모듈(301);
상기 분산전원 단독운전 방지부 내에서 단독운전 제1판정과 동기화 여부를 계산하는 주 프로세싱 모듈(302);
상기 주 프로세싱 모듈에서 동기화 여부를 계산 후 계측전압 및 주파수를 계측하는 계측모듈(303);
상기 분산전원 차단기에서 제어신호를 출력하는 차단기 제어출력모듈(304);
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 분산전원 단독운전 방지장치.
제 2 항에 있어서,
상기 주 프로세싱 모듈(302)은 동기화 여부를 계산 후, 제2판정인 동기화 여부 판정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 분산전원 단독운 전 방지장치.
제 3 항에 있어서,
상기 계측모듈(303)은 계측전압 및 주파수를 계측과 동시에 분산전원의 전압 및 주파수를 계측하는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 분산전원 단독운전 방지장치.
제 3 항에 있어서,
상기 차단기 제어출력모듈(304)은 차단기 투입 및 개방 상태의 정보를 입력하는 것을 더 포함하는 전력선통신을 이용한 분산전원 단독운전 방지장치.
배전계통에 이상 발생 시, 배전급 변전소의 PLC 패킷 전송기에서 PLC 패킷을 생성하는 제1단계;
상기 제1단계에서 생성된 PLC 패킷을 배전선로에 실어서 전송하는 제2단계;
상기 제2단계에서 전송된 PLC 패킷 신호를 분산전원 단독운전 방지부에서 계측하는 제3단계;
상기 제3단계에서 계측된 신호의 유·무를 판정하는 제4단계;
상기 제4단계에서 판정된 신호로 분산전원의 단독운전을 판정하는 제5단계;
상기 제5단계에서 단독운전으로 고장이 제거된 후 PLC 패킷 신호를 재전송 받는 제6단계;
상기 제6단계에서 재전송된 PLC 패킷 신호로서 분산전원 단독운전 방지부는 배전계통의 고장이 제거됨을 판단하는 제7단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 분산전원 단독운전 방지방법.
제 7 항에 있어서,
상기 제7단계에서 배전계통의 고장제거 판단 후 분산전원 단독운전 방지부가 분산전원의 출력과 배전계통의 전압 및 주파수를 동기화하는 제8단계; 및
상기 제8단계에서 동기화 후 분산전원을 배전계통에 연계시키는 제9단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력선통신을 이용한 분산전원 단독운전 방지방법.
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