KR20080034530A - 마이크로 그리드용 단독 운전 검출 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

분산발전 시스템이 배전계통의 일정 지역의 부하를 감당할 만큼 충분히 보급된 상태를 전제로 이들을 통합적으로 제어하고 운영하는 새로운 배전망의 형태인 마이크로 그리드에 있어서 마이크로 그리드의 단독 운전 상황을 검출하기 위한 마이크로 그리드용 단독 운전 검출 방법 및 그 장치가 개시되어 있다. 장치는 전력 망에 차단기를 통해 연결되는 마이크로 그리드 및 상기 마이크로 그리드를 전력 망과 연계하여 통합 관리하는 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템에 있어서, 상기 차단기를 흐르는 전류 검출하기 위한 전류 검출기; 상기 차단기의 양단 전압을 검출하기 위한 전압 검출기; 상기 전류 및 전압 검출기로부터의 전류 검출 신호 및 전압 검출 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 AD 변환 회로; 상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템과 통신 가능하게 연결되고, 상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템으로부터의 단독 운전 검출 개시 신호를 수신하는 경우, 상기 AD 변환 회로로부터의 전압 및 전류 검출 디지털 신호들을 기초로 상기 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하기 위한 신호 처리 프로세서를 포함한다.

Description

마이크로 그리드용 단독 운전 검출 방법 및 그 장치 {Islanding Detection Method for Microgrid and its Device}
도 1은 일반적 마이크로 그리드의 일 예를 도시한 배전 계통도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 그리드용 단독 운전 검출 장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 단독운전 검출 장치와 마이크로 그리드 에너지관리 시스템의 연계를 나타낸 도면이다.
도 4는 단독 운전 검출의 흐름도 중의 일부로서 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템에서 실행되는 프로그램의 흐름도를 나타내고 있다.
도 5는 단독 운전 검출 장치 내의 단독 운전을 검출하는 프로그램의 흐름도이다.
도 6 및 도 7은 변압기를 무부하 상태에서 전원을 투입할 경우에 1차측의 선간 전압과 상전류의 파형도이다.
도 8은 변압기를 무부하 상태에서 1차측의 선간 전압과 상전류의 파형도이다.
도 9는 변압기 여자 전류 판정 과정을 설명하기 위한 논리도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 전력 계통 2 : 차단기
3 : 변전소 변압기 4 : 특고압 배전선로
5-1, 2, 3 : 컷아웃스위치 6 : 배전용 변압기
7 : 정지형 차단기 9 : 풍력발전기
10, 11 : 부하 12 : 태양광발전
13-1, 2 : 리클로저 20 : 마이크로그리드 시스템
50 : 마이크로 그리드 에너지 관리시스템
본 발명은 마이크로 그리드용 단독 운전 검출 방법 및 그 장치에 관한 것으로 특히, 분산발전 시스템이 배전계통의 일정 지역의 부하를 감당할 만큼 충분히 보급된 상태를 전제로 이들을 통합적으로 제어하고 운영하는 새로운 배전망의 형태인 마이크로 그리드에 있어서 마이크로 그리드의 단독 운전 상황을 검출하기 위한 마이크로 그리드용 단독 운전 검출 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
마이크로 그리드는 신재생 에너지원을 이용한 분산 발전 시스템이 배전계통의 일정 지역의 부하를 감당할 만큼 충분히 보급된 상태를 전제로 이들을 통합적으로 제어하고 운영하는 새롭게 대두되는 배전 망의 한 형태이다. 이러한 마이크로 그리드의 배전 망에서 주 배전선로 상에 문제가 발생되어도, 마이크로 그리드는 자체의 발전으로 중요 부하에 전원을 안정적으로 공급할 수 있다. 이와 같이, 마이크로 그리드가 주 배전 망과의 연결을 끊고 독립적으로 부하에 전원을 공급하기 위해서는 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하여야 하며, 마이크로 그리드는 배전 계통 사이에 설치되는 차단기를 이용하여 주 배전 망과 분리되며, 마이크로 그리드 내의 전원을 계속적으로 운전할 수 있도록 함으로써 마이크로 그리드 내의 전력 공급 신뢰도를 높일 수 있게 된다.
종래의 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하는 방법은 크게 능동형과 수동형으로 분류할 수 있다. 능동형은 전력 변환 장치 등을 이용하여 보조적인 신호를 출력하고 이 출력에 대한 전력 계통의 응답 특성을 관측하는 방법이며, 수동형은 단순히 측정점에서의 전압이나 전류 혹은 주파수 정보를 이용하여 규정치 보다 높거나 낮은 것을 검출하거나 혹은 변동분을 이용하여 단독 운전을 검출하는 방법이다.
그러나, 능동형의 경우 보조 신호를 전력 계통에 인가함으로서 전력 품질이 악화되는 단점이 지적되고 있으며, 수동형의 경우는 구현이 간단하고, 저가이며, 전력 품질에 장애를 발생하지 않는다는 장점이 있는 반면에, 비검출 영역이 넓고 다수의 분산 전원이 적용된 경우에 검출 능력이 떨어지거나 불가능한 단점이 있다.
본 발명과 보다 관련성 있다고 판단되는 수동형 단독 운전 검출 방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
수동형 단독 운전 검출 방법은 전압 검출을 이용하는 방법과 과주파수 혹은 저주파수를 검출하는 방법이 있다. 전압 검출을 이용하는 방법은 과전압 혹은 저전압을 검출하는 방식으로서 분산 전원의 유효 및 무효전력의 출력과 부하 용량이 근접하는 경우 검출 능력이 떨어져 비검출 영역이 넓은 단점이 있다. 또한, 과주파수 혹은 저주파수를 검출하는 방법의 경우에는, 상술한 전압 검출 방식과 같이 발전량과 부하가 근접한 경우 주파수의 변동도 미소해져서 비검출 영역이 넓어지는 단점이 있다. 이러한 문제점들을 보완하기 위한 기법으로서 분산 전원의 출력의 변화율이나 주파수의 변화율을 이용하는 방법도 있으나, 변화율은 크기의 결정에 어려움이 있고 마찬가지로 발전량과 부하가 근접할 경우 변화율이 미세하거나 서서히 변화하는 단점이 있다.
또 다른 수동형 단독 운전 검출 방법으로서 전압 위상 검출 방법이나 전압 고조파 검출 방법이 있으나, 이러한 방법들 또한, 각각 전력 계통의 접속 유무에 따른 전압의 순간적인 위상의 변화나 혹은 전압에 포함된 고조파의 크기로 정전 유무를 판단하는 방법으로서 부하나 분산 전원 출력 변동에 따른 오동작의 가능성이나 연산량의 과다 등의 문제점들을 가지고 있다.
이에, 본 발명은 상술한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 단독 운전 방식보다 간단하고 신뢰성 높은 마이크로 그리드용 단독 운전검출 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 마이크로 그리드용 단독 운전 검출 장치는 전력 망에 차단기를 통해 연결되는 마이크로 그리드 및 상기 마이크로 그리드를 전력 망과 연계하여 통합 관리하는 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템에 있어서, 상기 차단기를 흐르는 전류 검출하기 위한 전류 검출기; 상기 차단기의 양단 전압을 검출하기 위한 전압 검출기; 상기 전류 및 전압 검출기로부터의 전류 검출 신호 및 전압 검출 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 AD 변환 회로; 상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템과 통신 가능하게 연결되고, 상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템으로부터의 단독 운전 검출 개시 신호를 수신하는 경우, 상기 AD 변환 회로로부터의 전압 및 전류 검출 디지털 신호들을 기초로 상기 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하기 위한 신호 처리 프로세서를 포함한다.
바람직하게는, 상기 신호 처리 프로세서는 상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템으로부터의 단독 운전 검출 개시 신호를 수신하고, 상기 차단기 양단 사이의 전압이 과전압, 저전압, 저주파수 및 과주파수 중 하나 이상이거나 또는, 상기 전압 또는 전류의 고조파 함유율 변동이 소정의 기준치 이상인 경우에, 상기 마이크로 그리드의 단독 운전이 검출된 것으로 판단한다.
바람직하게는, 상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템은 상기 마이크로 그리드의 발전량 및 부하량을 대비하여 상기 단독 운전 검출 개시 신호를 발생시킨다.
본 발명의 제 2 관점에 따른 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하는 방법은 전력 망에 차단기를 통해 연결되는 마이크로 그리드 및 상기 마이크로 그리드를 전력 망과 연계하여 통합 관리하는 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템에 있어 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하는 방법에 있어서, 상기 차단기를 흐르는 전류 및 전압을 각각 검출하는 단계; 상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템으로부터의 단독 운전 검출 개시 신호를 수신하는 단계; 및 상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템으로부터의 단독 운전 검출 개시 신호를 수신하는 경우, 상기 검출 단계에 의해 검출된 전압 및 전류를 기초로 상기 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하는 단계는 상기 차단기 양단 사이의 전압이 과전압, 저전압, 저주파수 및 과주파수 중 하나 이상이거나 또는, 상기 전압 또는 전류의 고조파 함유율 변동이 소정의 기준치 이상인 경우에, 상기 마이크로 그리드의 단독 운전이 검출된 것으로 판단한다.
바람직하게는, 상기 단독 운전 검출 개시 신호는 상기 마이크로 그리드의 발전량 및 부하량을 대비하고 그 결과에 따라 발생된다.
도 1은 일반적 마이크로 그리드의 일 예를 도시한 배전 계통도이다.
도 1은 대학의 캠퍼스나 산업 공단 지역 내의 일정 부분 등에서 중요 부하를 보호하기 위한 저압용 마이크로 그리드의 예를 도시한 도면이다.
일반적으로 우리나라의 배전전압은 22.9kV이나 대규모 수용가인 경우는 154kV 등 초고압인 경우도 있으며 100kW 미만인 수용가의 경우 저압(220, 380V)으 로 되어 있다. 부하의 일정 부분이 전압 변동이나 정전 등에 대해서 치명적인 손실이 예상되는 경우 무정전 전원 장치(UPS)나 혹은 비상용 발전기를 설치하여 사용할 수 있지만 상용 운전되는 열병합 발전기나 풍력, 태양광 등 분산전원을 적용하여 마이크로그리드로 구성함으로서 이러한 목적을 달성할 수 있다.
도 1을 참조하면, 저압 마이크로그리드의 경우는 변압기(6) 2차측 즉, 분산전원 계통접속점(PCC)에 고속으로 동작하는 정지형 차단기(7)를 설치하고 이 양단에 단독 운전 방지 장치를 포함하는 보호 계전기를 설치하여 배전 계통에서 발생하는 정전 등의 사고를 검출하여 정지형 차단기(7)를 고속으로 차단함으로서 마이크로 그리드(20)로 구성된 부분의 부하(10, 11)에 상용 전원이 아니라 분산 전원(9, 12)으로 전력을 공급할 수 있다. 이러한 운전을 단독 운전 혹은 고립 운전이라고 하며, 이 때에는 단독 운전되는 부분의 분산 발전량은 부하보다 커야 하며 만약의 경우 발전량보다 부하가 큰 경우에는 비중요 부하를 차단하여 중요부하에 안정된 전력을 공급할 수 있게 해준다.
한편, 상술한 바와 같이, 단독 운전을 하는 중에 계통 전원이 복전이 되면 다시 마이크로그리드(20)를 전력 계통에 연계 운전하고 차단되었던 부하를 다시 투입하여 정상적인 운전을 계속할 수 있도록 할 필요가 있으며 이를 위해서는 단독 운전되고 있던 마이크로그리드의 전압, 주파수 및 위상을 전력계통의 전압, 주파수 및 위상과 동기시켜 정지형 차단기를 재동기 투입하는 절차가 필요하다. 따라서 마이크로그리드용 단독 운전 검출 장치는 단순히 단독운전을 검출하는 것뿐만 아니라 단독 운전 후에 다시 계통 연계 운전으로 복귀하는 절차를 수행할 수 있어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 그리드용 단독 운전 검출 장치(39)를 나타낸 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 그리드용 단독 운전 검출 장치는 전력 망에 차단기(7)를 통해 연결되는 마이크로 그리드(20) 및 상기 마이크로 그리드(20)를 전력 망과 연계하여 통합 관리하는 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템(50)과 연계된다.
상기 마이크로 그리드용 단독 운전 검출 장치는 전류 검출기(32), 전압 검출기(30, 31), 필터(33), 버퍼(34), A/D 변환 회로(35), 표시 및 조작부(36), 신호 처리 프로세서(37), 메모리(38), 및 통신 포트(40)를 포함한다.
상기 전류 검출기(32)는 상기 차단기(7)를 흐르는 전류 검출하고, 검출된 전류를 상기 필터(33)를 통해 상기 A/D 변환 회로(35)에 제공한다.
상기 전압 검출기(30, 31)는 상기 차단기(7)의 양단 전압을 검출하고, 검출된 전압을 상기 필터(33)를 통해 상기 A/D 변환 회로(35)에 제공한다.
상기 A/D 변환 회로(35)는 상기 전류 및 전압 검출기(30, 31, 32)로부터의 전류 검출 신호 및 전압 검출 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호들을 신호 처리 프로세서(37)에 제공한다.
상기 신호 처리 프로세서(37)는 버퍼(34)를 통해 상기 차단기(7)의 개폐를 제어한다. 상기 신호 처리 프로세서(37)는 통신 포트(40)를 통해 상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템(50)과 통신 가능하게 연결된다. 상기 신호 처리 프로세서(37)는 상기 통신 포트(40)를 통해 상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스 템(50)으로부터의 단독 운전 검출 개시 신호를 수신하는 경우, 상기 A/D 변환 회로(35)로부터의 전압 및 전류 검출 디지털 신호들을 기초로 상기 마이크로 그리드(20)의 단독 운전을 검출한다.
또한, 상기 신호 처리 프로세서(37)는 상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템(50)으로부터의 단독 운전 검출 개시 신호를 수신시, 상기 차단기(7) 양단 사이의 전압이 과전압, 저전압, 저주파수 및 과주파수 중 하나 이상이거나 또는, 상기 전압 또는 전류의 고조파 함유율 변동이 소정의 기준치 이상인 경우에, 상기 마이크로 그리드의 단독 운전이 검출된 것으로 판단한다.
한편, 상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템(50)은 이하에서 상세히 설명하겠지만, 상기 마이크로 그리드(20)의 발전량 및 부하량을 대비하여 상기 단독 운전 검출 개시 신호를 발생시킨다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 마이크로 그리드용 단독 운전 장치의 동작을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 단독 운전 검출장치(39)의 기본적인 입출력은 정지형 차단기(7) 양단의 전압(30, 31)과 전류(32)이고 출력(41)은 정지형 차단기의 투입/차단 신호가 된다. 먼저, 전류와 전압은 각각 전류 검출기(32)와 전압검출기(30, 31)에 의해 검출되고 이들 신호는 노이즈 감쇠를 위한 필터(33)를 거쳐서 아나로그-디지털 변환 회로(35)로 입력된다. 아나로그-디지털 변환된 값은 신호처리 프로세서(37)에 의해 실효치 등 보호에 필요한 연산을 수행하게 된다. 검출된 결과는 표시 및 조작부(36)에 상태가 표시되며 필요에 따라 정지형 차단기(7)의 투입 혹은 차단 신호(41)를 출력하게 된다. 또한 단독 운전 검출 장치(39)는 마이크로그리드 에너지 관리 장치와의 정보 교환을 위한 통신포트(40)를 가지고 있으며 이를 통하여 단독운전 가능성 정보를 수신하게 된다.
도 3은 도 2에 도시된 단독운전 검출 장치(39)와 마이크로 그리드 에너지관리 시스템(50)의 연계를 나타낸 도면이다. 마이크로 그리드(20)는 전력계통과 분리되어 단독 운전할 수 있는 것을 특징으로 하며, 이를 위해서는 발전과 부하수요를 제어할 수 있는 수단을 필요로 하며 이들 사이의 통합적인 제어가 필수적이다. 이런 통합적인 제어와 감시를 수행하는 주체가 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템(50)이며 각각의 분산 발전 시스템(9, 10, 60), 부하군(11, 12) 및 단독 운전 검출 장치(39)들과의 연계를 통하여 그 기능을 수행하게 된다. 구체적인 제어 방안에 대해서는 후술하고 여기에서는 각각의 장치 혹은 부하들과의 인터페이스 방안을 제시한다. 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템(50)은 우선 발전량과 부하량을 검출할 수 있어야 하며 발전량은 각 분산 발전 장치(9, 10, 60)들과의 통신 연계(52)를 이용하여 현재의 발전량 정보를 얻을 수 있으며 부하(11, 12)는 해당 피더(55, 56)의 전력량계를 통하여 그 정보를 얻을 수 있다. 따라서 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템(50)은 현재의 운전 상태 즉, 발전량과 부하량의 관계를 알 수 있으며 이를 이용하여 단독 운전 상태가 발생했을 경우에 취해야 하는 조치를 결정할 수 있다. 대표적인 조치로서는 발전량에 비해 부하량이 클 경우 마이크로그리드(20)내의 에너지 저장 장치(61)로부터 전력을 방출하게 할 수 있으며, 중요하지 않는 부하(12)를 차단할 수도 있다. 또한, 단독 운전 상태에서의 전력 품질 즉, 전압 및 주파수를 유지하기 위한 유효 전력과 무효 전력을 제어하는 명령을 내릴 수도 있다.
도 4는 단독 운전 검출의 흐름도 중의 일부로서 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템(50)에서 실행되는 프로그램의 흐름도를 나타내고 있다.
프로그램이 시작되면(70) 먼저, 각 분산 전원(9, 10, 60) 및 부하(11, 12)로부터 현재의 운전 상태인 발전량 및 부하량을 수신하게 된다(71).
발전량과 부하량의 차이를 연산하고 이를 소정의 설정치(예를 들면, 전체 마이크로그리드의 정격의 5%) 안에 드는지 아닌지를 검토하게 된다(72).
설정치보다 차이가 적은 경우는 단독 운전될 가능성이 높은 운전 영역이므로 개시 시간을 체크하여(73), 일정 시간이 경과하면 단독 운전 검출 개시 명령을 설정하게 된다(75).
그리고, 해제 시간을 0으로 설정하여(76) 해제가 지연되도록 해둔다. 설정치 보다 큰 경우는(77) 단독 운전 검출을 해제하기 위해서 해제 시간을 체크하여(78) 일정 시간이 경과하면 검출을 해제하고(80), 다음의 검출개시를 위한 개시시간을 0으로 설정한다(81).
단독 운전의 검출 개시 혹은 해제 정보를 단독 운전 검출 장치(39)로 송신하고(82) 처음으로 돌아가서(83) 실행을 반복하게 된다. 단독 운전 검출의 개시 및 해제에 시간 체크를 하는 이유는 불필요하게 검출 모드가 변경되는 것을 회피하기 위한 것이다.
도 5는 단독 운전 검출 장치 내의 단독 운전을 검출하는 프로그램의 흐름도 이다.
먼저, 과전압 혹은 저전압(90)을 검출하고 이들 둘 중의 하나인 경우(92)와 저주파수 혹은 과주파수(91)를 검출하여 이 둘 중의 하나인 경우(93)를 고려하며 전압이나 혹은 주파수 둘 중의 하나가 이상이 발생하면(94) 단독 운전의 가능성이 있는 것으로 판정한다.
여기까지는 기존의 단독 운전 검출 장치의 방법과 같으나 이후의 과정이 본 발명의 특이 사항이 된다. 다음에는 전압 및 전류의 고조파 함유율 변동을 검출하여 이 값이 설정치 이상이 되는 경우(95)와 위의 전압-주파수 이상 검출 둘 중의 하나가 발생한 경우(96)를 단독 운전이라 판정하고, 여기에 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템(50)에서 송출된 검출 개시(97) 조건과 동시에 만족하는 경우(98)만을 단독 운전 검출된 것으로 판정하게 된다(99).
이와 같이, 복합적인 알고리즘을 적용하는 이유는 기존의 어떠한 검출 알고리즘도 각각은 단점이 있으며 특히, 정전 발생시에 발전량과 부하량이 매우 근접해 있는 경우는 전압 및 주파수의 변동이 거의 일어나지 않거나 혹은 너무 서서히 진행되어 원하는 시간 내에 전압 및 주파수의 변동으로는 단독운전을 검출할 수 없으며, 고조파 검출의 경우는 부하에 의한 고조파 발생과 분산 전원에 의한 고조파의 발생의 구분이 어려운 등의 단점이 있기 때문이다. 더욱이, 계통 전원이 건전한 경우에 단독운전을 불필요하게 검출하여 전원을 차단하면 오히려 전력 품질이 악화되는 경우를 초래할 수 있기 때문에 단독운전이 발생할 가능성이 있는 운전 영역에서만 이 기능을 활성화시킴으로써 불필요한 오동작을 미연에 방지할 수가 있다.
도 6은 변압기를 무부하 상태에서 전원을 투입할 경우에 1차측의 선간 전압과 상전류의 오실로그램으로서, 전원이 투입되면(112), 변압기 단자 전압(110)은 일정하게 유지되어도 변압기의 기동 전류는 도 6의 도면 부호 111과 같이, 시간의 경과에 따라 변하게 된다. 그러나 변압기의 전원 인가시의 과도전류는 반드시 도 6과 같은 파형이 아니라 잔류 자기의 위상에 따라 도 7과 같이 나타나기도 한다.
전원 투입시에 기동 전류(123)는 시간에 따라 변화하지만 도 6의 기동전류(111)와 동일하지는 않는 특성을 나타낸다. 즉, 도 7의 기동 전류(123)의 A부분(121)을 확대하면(122) 도 7의 아래에서 보는 것처럼 직류 성분은 작고 교류 성분이 큰 전류 형태가 된다.
도 8은 도 6 및 도 7에 나타낸 변압기의 무부하 전류가 과도 시간이 경과한 후에 측정한 정상 상태의 무부하 전류 파형으로서, 정현파와는 구별되는 왜곡된 파형임을 알 수 있다. 이러한 전류 파형의 특성을 부하 전류와 구분하기 위하여 도 9에 자세한 검출 방법을 제시한다.
도 9는 단독 운전 검출 장치가 검출하는 전류 중에서 변압기의 무부하 전류를 검출하기 위한 알고리즘으로서 전류의 직류 성분 검출(130), 3차 고조파 성분 검출(131), 및 파고율 계산(132)을 통하여 이들 세가지 조건을 동시에 만족하는 경우(133)만을 변압기의 무부하 전류로 판정(95)하게 된다. 여기서 직류분 전류의 검출, 3차 고조파의 검출 및 파고율의 계산은 각각 아래의 식에 따른다.
Figure 112006074595987-PAT00001
여기서 각 상의 전류에 대해서 위 식에 의해 전류의 직류성분, 3차 고조파의 크기, 파고율을 연산한 후에 전형적인 변압기의 여자전류 파형에서 획득한 기준치와 비교하여 그 값과 동등 혹은 그 이상인 경우에 부하전류에 변압기의 여자전류가 포함되어 있다고 판정하게 된다.
따라서, 상기 구성에 의하면, 마이크로 그리드의 전력 계통 접속점(point of common coupling, PCC)의 차단기 양단에 전압 및 전류를 검출하는 센서를 설치하고 이 전류 및 전압의 상태를 관측하여 특고압 배전선에서의 정전 사고를 검출하게 된다. 그리고, 그 검출하는 방법은 기존의 전압 및 주파수의 변동 관측, 고조파의 상태 정보를 이용하는 방법 등 한가지 방법에 의존하는 것이 아니라, 이들 기존의 방법에 배전용 변압기의 무부하 전류 파형을 관측하는 방법을 추가하여 단독 운전을 검출함으로써, 비검출 영역을 좁히는 것을 특징으로 갖는다. 즉, 저압 마이크로그 리드에 전력을 공급하기 위해 배전 특고압을 저압으로 강압하는 배전용 변압기가 사용되며 통상은 1차측이 특고압(22.9kV)가 되고 2차측 저압은 220/380V가 되며 1차측에는 2차측에 부하가 연결되지 않는 경우에도 무부하 전류(자화전류)가 흐르게 되나, 특고압 배전선에 지락 사고 등이 발생하여 리클로저가 차단되면 변압기의 1차측은 무압상태가 되고 2차측이 마이크로그리드 내의 분산전원에 의해 자화 전류가 흐르게 되며 자화 전류는 부하 전류와는 다른 형태의 전류 파형을 갖게 되므로 이를 이용하여 단독운전을 검출하게 된다. 단독운전의 검출 상태 정보는 마이크로그리드의 운영시스템 및 계통접속용 차단기에 보내져서 차단기를 분리함으로서 마이크로그리드를 배전계통으로부터 즉시 분리하고, 마이크로그리드 운영시스템은 마이크로그리드 내의 분산 전원들이 규정된 전압 및 주파수를 유지할 수 있도록 제어 명령을 송신하게 된다. 단독운전을 하고 있던 마이크로그리드는 전력계통의 복전에 따라 다시 전력계통에 재접속하기 위해서는 동기 재투입기능이 필요한데 이 기능도 본 발명에 따른 단독 운전 검출 장치가 제공하게 된다.
따라서, 본 발명은 하기와 같은 효과를 갖는다.
첫째, 본 발명에 의하면, 분산전원의 종류나 분산전원의 접속 개수에 관계없이 독립적으로 단독운전을 검출할 수 있다.
둘째, 마이크로 그리드 운영 시스템과 연계되어 배전계통에 정전 등의 사고에 대해서도 마이크로 그리드 내의 중요 부하에 계속 전력을 공급할 수 있게 함으 로서 전력의 신뢰도를 제고할 수 있다.
셋째, 수동형 단독 운전 검출 기법을 적용함으로써, 전력 품질에 영향을 미치지 않으며, 기존의 단독 운전 검출 알고리즘에 비해 비검출 영역(non detection zone, NDZ)이 좁아 단독 운전의 검출 정밀도가 개선된다.
넷째, 본 발명은 마이크로 그리드 내의 통신 기능을 이용하여 분산 전원의 발전량과 마이크로 그리드 내의 부하량을 상시 검출하는 것에 의해 단독 운전 가능성 여부를 체크하고 단독운전이 발생할 가능성이 있는 운전 연역에서만 단독운전 검출기능을 활성화함으로서 불필요한 오동작을 미연에 방지할 수 있어 전력의 품질을 개선할 수 있으며 분산전원의 이용율을 개선할 수 있다.
이상, 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 종래의 단독 운전 방식보다 간단하고 신뢰성 높은 마이크로 그리드용 단독 운전검출 장치 및 그 방법을 실현할 수 있게 된다.
본 발명을 상기 실시 예에 의해 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고, 당업자의 통상적인 지식의 범위 내에서 그 변형이나 개량이 가능하다.

Claims (8)

  1. 전력 망에 차단기를 통해 연결되는 마이크로 그리드 및 상기 마이크로 그리드를 전력 망과 연계하여 통합 관리하는 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템에 있어서,
    상기 차단기를 흐르는 전류 검출하기 위한 전류 검출기;
    상기 차단기의 양단 전압을 검출하기 위한 전압 검출기;
    상기 전류 및 전압 검출기로부터의 전류 검출 신호 및 전압 검출 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 AD 변환 회로;
    상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템과 통신 가능하게 연결되고, 상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템으로부터의 단독 운전 검출 개시 신호를 수신하는 경우, 상기 AD 변환 회로로부터의 전압 및 전류 검출 디지털 신호들을 기초로 상기 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하기 위한 신호 처리 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드용 단독 운전 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 처리 프로세서는
    상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템으로부터의 단독 운전 검출 개시 신호를 수신하고,
    상기 차단기 양단 사이의 전압이 과전압, 저전압, 저주파수 및 과주파수 중 하나 이상이거나 또는, 상기 전압 또는 전류의 고조파 함유율 변동이 소정의 기준치 이상인 경우에, 상기 마이크로 그리드의 단독 운전이 검출된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드용 단독 운전 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 신호 처리 프로세서는
    Figure 112006074595987-PAT00002
    위의 식들에 따라 상기 전류의 고조파 함유율을 연산하는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드용 단독 운전 검출 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 그리드 에너 지 관리 시스템은 상기 마이크로 그리드의 발전량 및 부하량을 대비하여 상기 단독 운전 검출 개시 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드용 단독 운전 검출 장치.
  5. 전력 망에 차단기를 통해 연결되는 마이크로 그리드 및 상기 마이크로 그리드를 전력 망과 연계하여 통합 관리하는 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템에 있어 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하는 방법에 있어서,
    상기 차단기를 흐르는 전류 및 전압을 각각 검출하는 단계;
    상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템으로부터의 단독 운전 검출 개시 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템으로부터의 단독 운전 검출 개시 신호를 수신하는 경우, 상기 검출 단계에 의해 검출된 전압 및 전류를 기초로 상기 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하는 단계는
    상기 차단기 양단 사이의 전압이 과전압, 저전압, 저주파수 및 과주파수 중 하나 이상이거나 또는, 상기 전압 또는 전류의 고조파 함유율 변동이 소정의 기준 치 이상인 경우에, 상기 마이크로 그리드의 단독 운전이 검출된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전류의 고조파 함유율을 연산은
    Figure 112006074595987-PAT00003
    위의 식들에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하는 방법.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단독 운전 검출 개시 신호는 상기 마이크로 그리드의 발전량 및 부하량을 대비하고 그 결과에 따라 발생 되는 것을 특징으로 하는 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하는 방법.
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