KR20080089295A - 임피던스 보호 제공 방법 및 제조 물품 - Google Patents

임피던스 보호 제공 방법 및 제조 물품 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 순간적이고 디지털적으로 유도되는 동작 및 분극화 거리 비교기 신호에 기초하여 영역 내부와 영역 외부 장애 사이를 구분하는 임피던스 보호를 제공하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 한 쌍의 고속 직교 필터를 사용하여 입력 전압과 전류의 D 및 Q 성분을 유도한다. 2개의 동작 및 분극화 신호 세트는 전력 신호의 피크와 0점 교차에 대해 변하는 장애 순간 하에서 더 우수한 응답 속도를 위해 유도된다. 동작과 분극화 임피던스 항 사이에 비교 단계가 사용된다. 이들 비교기 단계는 1/2 사이클 평균 윈도우와, 3/4 사이클 윈도우를 사용한다. 제 1 비교 단계는 신호의 크기와 위상 정보 모두에 응답하는 에너지 비교기에 기초한다. 단계 2 및 3은 위상 비교 유형이며, 위상 정보에 대부분 응답하며 노이즈 및 신호 왜곡에 대한 더 우수한 면역을 위해 크기 정보를 무시한다.

Description

임피던스 보호 제공 방법 및 제조 물품{A FAST IMPEDANCE PROTECTION TECHNIQUE IMMUNE TO DYNAMIC ERRORS OF CAPACITIVE VOLTAGE TRANSFORMERS}
본 발명은 노이즈가 존재할 때 전송 라인상의 장애의 신속하고 정확한 검출에 관한 것으로, 특히 용량성 변압기에 의해 초래되는 과도 현상에 관한 것이다.
보호성 중계기(protective relays)는 전력 시스템의 장애를 식별하고 분리하도록 설계되는 장치이다. 장애는 흔히 시스템 전압 및/또는 전류의 변화를 초래하는 절연 파손(장애)의 형태를 취한다. 보호성 중계기는, 각 중계기가 영역(zone)으로서 공통적으로 지칭되는 전력 시스템의 특정 부위 내의 장애를 검출하도록 구성되는 방식으로 전력 시스템에 적용된다.
임피던스 중계기는 중계기 위치와 장애 위치 사이의 전기적 임피던스의 함수로서 전류와 전압에 응답한다. 거리 중계기의 영역을 정의하는 구성 파라미터는 공통적으로 리치(reach)라고 지칭된다. 보호성 중계기는 그 특정 영역 내의 장애 이외의 어떠한 이벤트에도 절대 응답해서는 안 된다. 또한, 전력 시스템에 장애가 오래 지속할수록, 전체 전력 시스템의 안정성이 손상될 가능성이 커진다. 그러므 로, 보호성 중계기는 가능한 최소 시간 주기 내에 그 영역 내의 장애를 식별할 수 있어야 한다.
전형적으로, 마이크로프로세서-기반 임피던스 중계기에서, 이산 푸리에 변환(DFT)은 고정된 시간 주기(윈도우) 동안 취해진 파형 표본으로부터 위상자(phasor) 값을 계산한다. DFT은 전체 전력 사이클 동안 취해진 경우에 기본 주파수의 고조파를 차단한다. 이 방안은 문제가 될 수 있는데, 장애를 검출하도록 요구되는 시간이 푸리에 윈도우의 길이의 함수이므로 일반적으로 윈도우가 짧을 수록 동작 시간이 빠르기 때문이다. 그러나, 윈도우 길이가 단축되면, 기본 주파수 성분과 기타 성분을 구분하는 것이 더 어려워진다. 예를 들어, 윈도우 길이가 1/2 전력 사이클로 단축되는 경우에 DFT는 기고조파(odd harmonics)만을 차단한다.
전형적으로 장애 위치의 정확한 판정은 장애 후(post-fault) 전압과 전류의 기존 주파수 위상자 성분의 추출을 요구한다. 그러나, 장애 후 전압과 전류는 다른 성분을 포함할 것이다. 또한, 장애가 발생하는 파형 지점(point-on-wave) 및 시스템의 유도성 시간 상수로 인해 감쇄 DC 성분이 전류 신호에 존재할 것이다. 유사하게, 용량성 변압기(CVT), 아크 저항 변동, 분로(shunt) 캐패시턴스 및 이동 파형 효과(traveling waves effects) 또한 위상자 추정 과정에 부정적인 영향을 주는 과도 현상을 발생시킨다.
CVT는 특히 소위 높은 SIR(source to Impedance Ratios) 하에서 고속 임피던스 보호 함수에 대한 특정 시도를 생성한다. 입력 CVT 전압이 그 크기의 급격한 변화를 겪을 때의 장애 동안, 보호성 중계기에 의해 사용되는 출력 CVT 전압은 상 이한 입력 전압 레벨에 대해 재조절될 필요가 있는 CVT의 내부 성분에 저장되는 에너지와 관련되는 현저한 과도 현상을 포함한다. 이들 과도 현상은 크기가 공칭 전압의 20% 내지 50%에 도달할 수 있고, 공칭 시스템 주파수에 상대적으로 근접할 수 있다. 이는 보호성 중계기가 동작하도록 예상되는 짧은 시간 주기 내에 특히 필터링하는 것을 어렵게 한다.
높은 SIR 하에서, 보조 영역의 경에의 장애에 대해 보호성 중계기에 의해 측정되는 안정 상태 전압은 매우 낮을 수 있는데, 공칭 값의 3% 내지 5%일 수 있다. CVT 과도 현상이 20% 내지 50%에 도달하고, 관심 대상인 신호가 3% 내지 5%로 내려가면, 신호 대 잡음비는 10일 수 있다. 노이즈가 매우 높을 뿐만 아니라, 그 주파수 스펙트럼도 중계기가 동작하도록 예상되는 적어도 1 내지 2 전력 주기 동안 관심 대상인 신호에 매우 근접한다.
CVT 과도 현상을 처리하는 하나의 방법은 CVT 전송 함수의 변환된 표현인 변압 신호 경로로 필터를 삽입하는 것이다. 이는 CVT에 의해 발생되는 왜곡을 제거하여 전력 시스템 전압의 정확한 재생인 신호를 얻는다. 이 방법은 필터 계수가 중계기에 접속되는 특정 CVT의 파라미터를 반영하는 경우에만 최적으로 수행된다.
다른 방안은 장애 초기에 짧은 푸리에 윈도우와 대응하게 감소된 리치를 적용하고 어떤 고정된 제한에 이르는 장애의 주기에 걸쳐 윈도우 길이와 커버리지 영역 모두를 증가시키는 것이다. 이 방안은 중계기 근처에 위치된 장애에 대한 동작 시간을 더 신속하게 할 수 있지만, 중계기에 의해 보호되는 영역 도처에서 성능을 향상시키지는 못한다. 또한, 검출 알고리즘은 전력 시스템 모델에 기초할 수 있 다. 특히, 장애 전송 라인의 직렬 R-L 모델은 전압과 전류가 1차 미분 방정식을 만족시켜야 한다는 것을 의미한다.
현재, DFT 필요 없이, 시간 도메인으로 파형의 표본을 처리함으로써 그 영역 내의 장애를 식별할 수 있는 임피던스 알고리즘에 관한 해결책에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 검출을 위해 요구되는 시간은 보호 영역 대부분에 걸쳐 장애 동안 한 전력 주기보다 작아야 한다.
본 발명은 임피던스 보호를 제공하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 보호되는 회로와 관련되는 전압과 전류를 인터페이싱하고 디지털화하는 단계와, 입력 전류와 전압을 직교 성분 쌍으로 디지털적으로 분리하는 단계 - 전압과 전류의 직교 성분은, 한 사이클의 절반보다 작은 지연을 직교 신호로 효율적으로 도입하는 디지털 필터를 사용하여 유도됨 - 와, 순간적인 동작 및 분극화 신호(instantaneous operating and polarizing signals)의 형태로 거리 비교기 항(distance comparator terms)을 디지털적으로 생성하는 단계와, 동작 및 분극화 신호 사이의 각 관계를 디지털적으로 검사하는 단계를 포함한다.
전술한 방법에 대응하는 제조 물품과 컴퓨터 프로그램 제품 또한 설명되고 청구된다.
본 발명의 기술을 통해 추가적인 특징과 장점이 구현된다. 본 발명의 다른 실시예와 측면을 상세히 설명하며 청구되는 발명의 일부로 고려된다. 본 발명의 장점과 특징들의 보다 나은 이해를 위해 상세한 설명과 도면을 참조한다.
본 발명에 의하면, DFT를 사용하지 않고 시간 도메인으로 파형의 표본을 처리하여 영역 내의 장애를 식별할 수 있는 임피던스 알고리즘이 제공된다.
발명으로서 간주되는 청구 대상은 본 명세서의 결론부의 청구 범위에서 구체적으로 지적되고 구별되게 청구된다. 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 연관하여 다음의 상세한 설명으로부터 명백하다.
본 발명의 하나 이상의 실시예를 상세히 설명한다. 개시된 실시예는 단지 예시적인 것이며, 당업자에게 많은 변형 및 수정이 이루어질 수 있음은 명백할 것이다.
전반적으로 본 발명의 관점들은 DFT 필요 없이 시간 도메인으로 파형의 표본을 처리함으로써 그 영역 내의 장애를 식별할 수 있는 임피던스 알고리즘에 관한 것이다. 검출에 요구되는 시간은 보호 영역 대부분에 걸쳐 장애에 대한 하나의 전력 주기보다 작다. 본 발명의 관점들은 임피던스 보호 기술에 따라 모(mho), 리액턴스(reactance), 블라인더(blinders), 위상 선택 등과 같은 거리 중계의 통상적인 임피던스 특성을 형성하는데, 주파수 도메인이 아닌 시간 도메인으로 수행된다.
임피던스 보호에 대한 통상적인 주파수 도메인 방안은 전류와 전압의 위상자를 추출하고 임피던스 측성을 전류와 전압의 위상자에 적용한다. 이 방안은 필요한 계산의 개수를 감소시키고 정확한 장애 검출을 방해할지 모르는 노이즈 성분을 제거하지만, 특히 동작 속도의 관점에서 장애 검출 프로세서를 향상시키는 데 사용될 수 있는 유용한 정보 또한 차단한다.
본 명세서에 개시되는 방안은 시간 도메인으로 임피던스 특성을 유도하여 입력 전압과 전류에 포함되는 정보의 더 많은 부분을 보존한다. 이는 정보와 노이즈 성분을 모두 포함한다. 그러나, 노이즈 성분의 일부는 명백하게 필터링하여 인위적으로 억제할 필요 없이 임피던스 특성에서 자연히 상쇄될 것이다. 어떤 다른 노이즈 성분은 각 개별 입력 신호에서 처리되지 않고 임피던스 특성에서 보존되는 경우에 더 잘 처리될 수 있다.
본 발명의 실시예의 관점들은 3단계 방안을 장애 검출 및 위치 과정에 적용함으로써 임피던스 특성의 시간-도메인 버전으로부터 장애를 신속하고 안전하게 검출할 수 있게 한다. 첫 번째로, 시스템 이벤트에 이어서 전력 사이클의 전반부에서 에너지-기반 비교기가 사용된다. 이는 분명한(명백한) 장애 경우의 매우 신속한 검출을 가능하게 한다. 이 제 1 단계는 초기 절반 사이클 후에 금지되는데, 동작적으로 남게 되면 CVT 과도 현상으로 인해 제 2 및 제 3 절반 사이클에서 보안 문제를 일으킬 수 있기 때문이다.
두 번째로, 제 2 단계에서 금지된 후, 위상 비교 비교기가 사용되어 시스템 이벤트의 제 2 절반 사이클에서 사용된다. 이 비교기는 이들 신호의 어떤 다른 수치 외에 소위 신호를 동작시키고 분극화하는 극성을 모니터링한다. 이들 수치는 연관된 신호의 1차 도함수 및 2차 도함수를 포함하며, CVT 과도 현상에 의해 야기되는 것과 같은 불규칙적 신호와 비교하여 교류 전류와 전압을 특성화하는 분극 및 임시 패턴을 검사하는 것에 초점을 맞춘다. 이 제 2 단계는 신호 크기에 포함되는 정보의 사용을 의도적으로 제한하고, 다른 신호에 비해 신호 위상 또는 임시 위치에 포함되는 정보를 더 큰 범위로 이용한다.
제 3 및 제 4 단계는 제 2 전력 사이클에서 활성화된다. 이 제 3 단계는 제 2 단계의 변형이지만 시스템 방해 동안 예상되는 노이즈 특성을 위해 최적화된다.
이 방법은 고속 장애 검출을 위해 2개의 병렬 경로를 사용한다. 하나의 경로는 입력으로서 연관되는 신호의 소위 다이렉트 성분을 사용하는 반면, 다른 경로는 후속 정당화(justification)와 관련하여 입력으로서 신호의 소위 직교 성분을 사용한다.
임피던스 보호 기능에 의해 검출될 라인 장애는 보호되는 라인과 연관되는 정상적으로 교류하는 전류와 전압에 대해 무작위 순간에 발생한다. 통상적으로 고전압 신호를 감지하기 위해 사용되는 보호되는 라인 및 CVT는 장애 발생 순간에 따라 상이하게 반응하는데, 이는 전력 신호의 피크와 영점 교차에 관련된다. 본 발명의 다이렉트 및 직교 성분은, 둘 중 하나가 과도 신호의 특정 성질로 인해 더 느리게 반응할 때 나머지 하나가 자연히 더 빨라지며, 반대의 경우도 마찬가지인 방식으로 설계된다.
거리 영역 및 기본 동작 방정식
임피던스 보호 기능은 통상적으로 거리 영역이라는 지칭하는 사전 정의되는 동작 특성 내에서 장애를 발견한다. 거리 영역은 거리 중계기가 설치되는 위치로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치로 연장된다. 거리의 개념은 주어진 임피던스/거리 중계기의 위치에서 이용 가능한 전압과 전류를 사용하여 명백한 임피던스를 측정하는 것에 기초한다. 통상적으로 전송 라인은 길이에 따라 분배되는 동 종(homogeneous) 임피던스를 갖는다. 이 특성은 임피던스와 거리 사이의 관계에 증가를 제공한다.
통상적으로, 거리 영역은 순방향 또는 역방향으로 중계기 위치로부터 연장된다. 특수 애플리케이션은 순방향 및 역방향 모두로 연장되는 비방향성 영역을 사용한다. 임의의 거리 영역에 대한 핵심 성능 특성은 유한 리치이다. 이는, 주어진 영역이 중계기로부터 멀리 떨어진 소정 전기적 거리에 위치되는 장애에 동작하고(응답하고), 미리 지정된 지점을 초과하는 장애에 대해서는 동작하지 않는다. 주어진 영역의 견고한 동작을 산출하는 장애 위치와 견고한 비동작 지점 사이의 차이는, 과도 오버리치(transient overreach)라 지칭되며 거리 함수의 2개의 가장 중요한 성능 메트릭(metrics) 중 하나이다. 다른 메트릭은 내부 장애에 대한 응답 속도이다. 견고한 동작과 견고한 비동작 지점 사이의 더 작은 차이와 더 빠른 동작 시간을 갖는 거리 함수가 더 우수한 것으로 생각된다.
여러 임피던스 특성을 사용하여 거리 영역이 형성될 수 있다. 하나의 특성은 중계기 위치에서의 전류와 전압의 값에 기초하여 동작 및 비동작 영역을 구분하는 경계 라인이다. 특성의 2개의 통상적인 부류는 모와 4변형 특성이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 모(mho) 영역(310)은 중계기 위치(305)와 영역(315)의 지정된 리치 위치 사이에서 연장되는 원으로서 고려될 수 있다. 후자는 영역 내부 및 영역 외부 장애 위치(320, 325)를 한계지으며 지정된 리치 위치를 가로지르는 리액턴스 라인을 갖는 다각형으로서 고려될 수 있다.
실제 모 및 4변형 거리 함수는 방향적 감시, 위상 선택 감시, 부하 잠식 감 시, 블라인더 등과 같은 다수의 특별한 특성을 포함한다. 이들 특성은 중요하지만 그 설계와 구현은 거리 보호의 주요 문제, 즉, 과도 현상 정확성 및 동작 속도에 대해 부수적이다.
과도 현상 정확성과 동작 속도에 대해 2개의 거리 특성, 모와 리액턴스 특성은 중요하다.
모 특성은 다음 개념적 신호를 비교하여 형성된다.
Figure 112008022884321-PAT00001
Figure 112008022884321-PAT00002
동작 신호는 중계기 위치에서 측정되는 전압(V)과, 중계기 위치와 지정된 리치 지점 사이의 보호되는 회로를 따르는 전압 강하를 야기하는 전류(I)와, 보호되는 회로의 전기적 거리 사이의 균형 방정식을 중심으로 구성되는데, 여기서 임피던스 Z로 표시된다. 분극 신호는 통상적으로 장애가 영역 내부(도 1의 F1)에 존재하는지 외부(도 1의 F2)에 존재하는지를 표시하도록 선택된다. 내부 장애에 대해 신호를 동작시키고 분극화하는 것은 대략 동위상이며, 외부 장애에 대해 2개의 신호는 대략 위상이 상이하다.
중계기 위치의 전압을 매우 작은 값으로 억제하는 근접 장애(close-in fault) 동안 올바른 방향성을 보장하기 위해 분극화 신호를 형성하기 위한 다양한 해결책이 사용된다. 메모리 분극화, 위상 교차 분극화 또는 이 둘의 조합이 실제 구현에 사용된다. 이 발명은 분극화 신호를 발생시키는 특정 방식에 관련되는 것이 아니다.
유사하지만 장애 위치에 현저한 장애 저항이 존재한다고 가정하는 방안을 사용하여 리액턴스 특성이 구성된다. 전류-전압 균형 방정식의 세밀한 분석은 현저한 저항을 갖는 장애를 검출하는 능력의 관점에서 더 우수한 성능을 산출하는 상이한 동작 및 분극화 신호 세트를 기록할 수 있게 한다.
Figure 112008022884321-PAT00003
Figure 112008022884321-PAT00004
마찬가지로, 영역 내 장애에 대해 동작 및 분극화 신호는 대략 동위상이고, 영역 외 장애에 대해 이들은 대략 위상이 상이하다.
올바른 분극화 전류를 선택하는 다수의 방안이 존재한다. 소위 실제 구현에서는 중성 및 음의 시퀀스 전류를 선택하는 것이 좋다. 본 발명은 리액턱스 특성에 대한 분극화 전류의 어떤 특정 형태와 관련되는 것이 아니다.
다위상(3 위상) 전력 시스템의 실제 구현은 특별 방정식을 적용하여 식(1) 및 (2)의 항 V, I, VPOL을 유도한다. 이는 기존 거리 보호 기술에 속하는 것으로 본 발명에 관련되는 것이 아니다. 본 명세서에서, 항 I, V, Z, VPOL 및 IPOL은 주지의 임피던스 보호 규칙에 따른 다위상 전력 그리드에 적용된다는 것을 이해한다는 전제로 사용한다.
신속하고 정확한 임피던스 함수는 동작 및 분극화 신호를 유도해야 하며 이들 둘이 대략 동위상인지 위상이 상이한지를 결정해야 한다. 이는 심각한 노이즈의 존재와 매우 짧은 시간 주기, 중계기 입력 전압과 전류가 교번하는 전력 사이클 의 아주 작은 부분 내에서 수행되어야 한다.
이러한 시도를 만족시키기 위해, 통상적인 마이크로프로세서-기반 중계기는 중계기 입력 신호의 소위 위상자(복소수로 표현되는 크기와 각 정보)를 추출하고 일반적인 방정식 (1) 및 (2)마다 동작 및 분극화 신호를 계산한 후에 2개의 복소수(동작 및 분극)가 대략 동위상인지 위상이 상이한지를 검사할 것이다.
이러한 방안에서, 설계 노력은 둘로 구분된다. 첫 번째 것은 너무 많은 지연 없이 위상자를 추출하지만 최대한 노이즈를 차단한다. 두 번째로, 동작 및 분극 신호 사이의 각 관계 외에도 다수의 논리 조건이 검사된다. 전술한 바는 넓은 일반화이지만, "주파수 도메인" 방안 - 간략히 말해 전류와 전압의 기본 주파수 성분에 포함되는 정보의 정확한 요약은 디지털 필터링에 의해 추출되며 동작 거리 영역을 구성하는 데 사용된 후에만 수행된다.
본 발명의 관점들은 이 과정의 역순으로도 가능하다. 또한, 모든 신호 성분, 유용한 신호 성분(정보) 및 장애 신호 성분(노이즈) 모두를 장애 검출 과정으로 전송하는 것도 허용된다.
본 발명에서, 식 (1) 및 (2)에 의한 기본 거리 동작 특성은 "시간 도메인"으로 생성될 수 있다. 인식 전송 라인은 직렬로 접속되는 저장 및 인덕턴스에 의해 표현될 수 있고, 순간적인 동작 신호는 다음 형식으로 개념적으로 재기록될 수 있다.
Figure 112008022884321-PAT00005
식 (3)으로 표시된 방안은 명백한 임피던스를 측정하거나 장애를 발견하는 다수의 방법의 기본이다. 본 발명은 식 (3) 또는 명백한 임피던스의 측정을 야기할 임의의 주지의 해결책을 사용하지 않지만, 식 (1) 또는 (2)의 엄격하게 필터링된 주파수 도메인 방안과 식 (3)의 순수히 순간적인 시간 도메인 방안 모두와 비교하여 더 우수한 해결책을 적용한다.
본 발명에서, 짧은-윈도우 직교 필터가 사용되어 입력 전류와 전압을 조정한다. 전력 사이클의 작은 부분인 윈도우 길이는 정보의 흐름을 지연시키고 거리 함수의 동작 속도에 부정적인 영향을 주는 것을 방지하기 위해 사용된다. 동시에, 필터는 입력 신호로부터 노이즈를 차단하려고 하지 않는다. 이러한 차단은 우선 동작 속도에 심각한 영향을 주지 않고는 가능하지 않다. 용어 "직교 필터"는 "수직한" 조건을 수학적으로 만족하는 일치된 필터 쌍을 지칭한다. 공학적 관점에서, 이들 필터는 시간 도메인으로 "실수"와 "허수" 성분을 산출하도록 설계된다.
본 발명에서 모든 입력 전류는 다이렉트(D) 및 직교(Q) 필터를 사용하여 필터링되어, 원시 입력 전류와 그 직교 성분 사이의 다음 맵핑을 효율적으로 생성한다.
Figure 112008022884321-PAT00006
유사하게, 모든 입력 전압은 다이렉트 필터(D)만을 사용하여 처리된다.
Figure 112008022884321-PAT00007
통상적으로 식 (4)는 다위상 실제 전력 시스템의 3개의 전압과 3개의 전류에 적용된다. 이들 위상 전압과 전류는 먼저 식 (4)에 의해 필터링된 후 다위상 시스템의 임피던스 보호 기술에 따라 올바른 복소수 신호로 결합된다. 이 결합의 예는 간략히 하기 위해 추후에 주어질 것이지만, 본 발명은 다위상 시스템의 임피던스 보호의 세부사항에 관한 것은 아니다.
한 특정 구현은 전류와 전압의 D 및 Q 성분을 추출하기 위해 다음 유한 임펄스 응답(FIR) 필터를 사용한다.
Figure 112008022884321-PAT00008
Figure 112008022884321-PAT00009
여기서 윈도우 길이NDQ는 전력 시스템 주기의 1/8로 선택되고, 필터 계수는 다음과 같이 계산된다.
Figure 112008022884321-PAT00010
Figure 112008022884321-PAT00011
승수는 공칭 시스템 주파수에서의 단일 이득을 산출하도록 선택되므로,
Figure 112008022884321-PAT00012
Figure 112008022884321-PAT00013
여기서, 전술한 식들은 라디안 단위의 각을 사용하며,
Figure 112008022884321-PAT00014
여기서, N1은 전력 주파수의 하나의 전체 사이클의 중계기에 의해 취해지는 표본의 개수이다. 하나의 특정 구현은 N1 = 128을 사용한다.
필터와, 그 윈도우 길이와, 계수는 본 발명에서는 부수적이라는 것을 유의하자. 당업자는 본 발명의 다른 측면을 재배열하여 상이한 필터를 사용할 수 있다.
D 및 Q 필터의 출력은 매우 높은 주파수 노이즈만을 억제하며 입력 신호의 일정한 dc 오프셋을 완전히 차단한다. 더 낮은 스펙트럼의 신호 성분은 짧은 윈도우 필터를 통해 통과할 것이다. 전력 주파수에서의 사인 파형 입력에 있어서, 2개의 필터는 단일 이득을 가지며 전력 사이클의 1/4(90 전기적 도)만큼 시프트되는 사인 파형 출력을 산출한다. 이 관점으로부터, 2개의 필터(DQ)는 신호의 "실수"와 "허수"의 신속한 추정이다.
전술한 관측은 모 또는 리액턴스 비교기의 동작 신호를 다음과 같이 재기록할 수 있게 한다.
Figure 112008022884321-PAT00015
여기서 R과 X 항은 거리 함수의 사전 설정된 리치로부터 유도된다. 이들 항과 상수는 다음과 같이 사전 계산된다.
Figure 112008022884321-PAT00016
Figure 112008022884321-PAT00017
여기서 ZMAG와 ZANG은 거리 함수의 지정된 리치 지점을 나타내는 임피던스의 크기와 각이다. 통상적으로, 이들은 조절 가능하며 사용자에 의해 결정(세팅)된다.
식 8a는 거리 함수의 일부가 되기 위한 분극화 신호를 필요로 한다. 예시를 위해, 음-시퀀스 전류로부터 리액턴스 비교기가 분극화된다고 고려하자.
우선, 3위상 전력 시스템의 양-시퀀스, 음-시퀀스 및 제로-시퀀스 성분은 안정 상태 조건을 위해서만 수학적으로 정의되고, 3위상 전압과 전류의 위상자로부터 기술적으로 계산된다. 간단히, 대칭적 성분은 주파수 도메인으로부터의 개념이며, 우리의 시간 도메인 발명과는 직접적으로 맞지 않다. 이는 시퀀스 성분의 정확한 수학적 정의를 모방함으로써 유도되는 다음 식을 적용하여 쉽게 극복된다. 보조 함수를 다음과 같이 정의하자.
Figure 112008022884321-PAT00018
이제, 음-시퀀스 순간 전류, 위상 A를 참조하는 성분 D는 다음과 같이 계산된다.
Figure 112008022884321-PAT00019
Q 성분은 다음과 같이 유도된다.
Figure 112008022884321-PAT00020
전술한 음-시퀀스 순간 전류의 예시는 ABC 위상 회전에 대해 성립된다. 3 위상 전력 시스템의 당업자는 ACB 회전 및 양-시퀀스 및 제로-시퀀스 성분에 대한 일치 방정식을 유도할 것이다.
음-시퀀스 순간 전류를 식 (10)에 의해 정의하고, 음-시퀀스 분극화 리액턴스 특성의 예로 복귀한다. 다위상 시스템의 임피던스 보호 기술에 따라 위상을 거리 루프로 고려한다고 가정하자. 위상 A의 식 (8a)의 루프 전압 v는 접지 전압 입력에 연결되고, 위상 A의 식 (8a)의 루프 전류는 위상들 사이의 제로-시퀀스 커플링에 대해 보상되는 전류이다. 그러므로, 식(8a)를 사용하기 이전에 다음의 구현 식들이 사용된다.
Figure 112008022884321-PAT00021
Figure 112008022884321-PAT00022
Figure 112008022884321-PAT00023
여기서, 순간 중성 전류(iN)는 다음의 식을 사용하여 얻어진다.
Figure 112008022884321-PAT00024
Figure 112008022884321-PAT00025
병렬 라인이 존재한다면 이로부터의 접지 전류는 직접적으로 측정되고(iG), 자기 라인 결합 및 상호 라인 결합을 설정하고 정의하는 사용자로부터 유도되는 계수는 다음과 같다.
Figure 112008022884321-PAT00026
Figure 112008022884321-PAT00027
Figure 112008022884321-PAT00028
Figure 112008022884321-PAT00029
여기서 k0과 k0M은 보호되는 라인과 보호되는 라인과 병렬 라인(존재하는 경우) 사이에 결합의 양을 정의하는 복소수(크기 MAG, 각 ANG)이다. 통상적으로 이들 수는 사용자 설정치이다.
식 (11)을 사용하여 A-루프 접지 거리 보호(SAOP _D)에 대한 식 (8)에 의해 일반적으로 주어진 동작 신호를 정의한다. 음-시퀀스 분극 리액턴스 특성의 예를 계속하는 일치 분극 신호(SAOP _D)는 다음과 같이 정의된다.
Figure 112008022884321-PAT00030
여기서, 식 (12a)의 보조항 R과 X는 거리 보호 기술에 따라 소위 비동종 각 설정(HANG)에 관련된다.
Figure 112008022884321-PAT00031
Figure 112008022884321-PAT00032
식 (11)에 따른 위상-A 접지 거리 루프를 위해 교체되는 전류와 전압 신호를 갖는 식 (8)은 이 예에서 리액턴스 비교기의 순간적인 동작 신호를 구성한다. 식 (12)는 이 비교기에 대한 분극화신호를 정의하며, 음-시퀀스 전류 분극화를 가정한다. 두 개의 신호는 안정 상태 조건 하의 사인 파형이며, 과도 현상 동안 왜곡을 지닌다. 영역 내 장애에 대해서 2개의 신호는 대략 동일 극성(동위상)이고, 영역 외부 장애에 대해서 2개의 신호는 대략 반대 극성(위상이 상이함)이다. 이는 도 2와 3에 각각 도시되어 있다.
도 2(a)와 2(c)는 음-시퀀스 전류로부터 분극화되는 표본 리액턴스 라인에 대한 순간적인 동작 및 분극화 신호의 개념을 도시하고 있다. 도 2(a)의 구성도는 중계기에 의해 측정되는 3위상 전압을 도시하고 있다. 도 2(b)의 구성도는 중계기에 의해 측정되는 3위상 전류를 도시하고 있다. 도 2(c)의 구성도는 위상-A 리액턴스 비교기의 동작 및 분극화 신호를 도시하고 있다. 영역 내의 장애가 도시되는데, 엄격한 CVT 발생 과도 현상의 영향은 동작 신호에서 볼 수 있다. CVT 과도 현상이 (장애로 대략 0.8 사이클로) 감쇄하면, 분극화 및 동작 신호가 동위상이라는 것이 분명해지며, 이는 영역 내 장애에 대해 예상된다.
도 3은 영역 외부 장애를 도시하는 도 2(a) 내지 2(c)의 예를 보완한다. CVT 과도 현상이 (장애로 대략 1.5 사이클로) 감쇄하면, 분극화 및 동작 신호는 위상이 상이하다는 것이 분명해지며, 이는 영역 외부 장애에 대해 예상된다.
전술한 설명은 전체 거리 보호 기술을 대체하는 것으로 의미하지 않으며, 실제 많은 상이한 방안이 알려져 있고 적용된다. 시간 도메인 방안은 주파수 도메인에 통상적으로 기록되는 임피던스 보호의 통상적인 지식 본체에 연장될 수 있다. 보호 중계의 당업자는 메모리 전압 분극화, 위상 교차 분극화, 자기 및 상호 결합에 대한 보상, 전력 변압기 보상, 방향성 검사, 신속한 크기 추정기 및 거리 보호에서 공통적으로 사용되는 다른 측면을 위한 완전한 구현 방정식 조합(suite)을 유도할 수 있다.
본 발명의 측면 내에서, 입력 신호의 기본 D 및 Q 크기를 추출하고, 음-시퀀스 전류로부터 분극화되는 위상-A 접지 거리 리액턴스 비교기에 관해 전술한 바와 같이 시간 도메인으로 후속 계산을 수행하는 고속 직교 필터의 애플리케이션을 주목한다. 고속 직교 신호 성분을 인가하고 시간 도메인 방안으로 노이즈 제거를 덜 강조하며 속도를 보존하는 것은 동작 및 분극화 신호의 많은 노이즈 성분이 상쇄되거나 정보를 포함하는 신호 성분의 세기에 비해 무의미하게 되는 하는 장점을 지닌다. 독립적인 노이즈 성분 및 신호 왜곡은 주의 깊게 분석되고 대응하게 처리되며, 유사한 방식으로 각 모든 입력 신호를 필터링하는 맹목적인 방안을 사용하지 않고, 이들 입력 신호에 대한 많은 다양한 애플리케이션을 무시한다.
D 및 Q 동작 및 분극화 신호
이전 단락에서, 순간적인 동작 및 분극화 신호의 개념을 유도하였다. 이들은 D 도메인으로 기록되었는데, 이는 중계기에 대한 전압 입력의 다이렉트(D) 성분을 지칭한다.
거리 중계기에 대한 입력 신호는 주어진 장애가 발생하는 파형 지점에 의존 하여 상이한 과도 현상 특성을 포함한다. 파형 지점 용어는 시스템의 전압과 전류의 피크와 영점 교차에 대한 장애 발단의 순간의 임시적 위치를 지칭한다. 예를 들어, 전압 영점 교차에서 발생하는 통상적인 고전압 라인상의 장애가 장애 전류의 큰 점근적으로(asymptotically) 감쇄하는 dc 오프셋 성분을 발생시킨다는 것은 잘 알려진 사실이다. 또한, 전압의 피크에서의 장애는 장애 동안 전압 신호의 더 많은 고주파수 노이즈 성분을 발생시킨다. 또한, 전압 영점 교차에서의 장애는 전압 피크에서 발생하는 장애에 비해 훨씬 큰 CVT 과도 현상을 생성한다. 이 모두는 순간적 동작 및 분극화 신호의 상이한 노이즈 패턴으로 이동한다.
D축을 기준으로 하는 신호는 어떤 장애 하에서 더 잘 동작하며 파형의 상이한 지점에서 발생하는 장애에 대한 더 큰 노이즈 성분 및 지연을 제시한다. 그러므로, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 동작 및 분극화 신호의 제 2 세트가 사용되어 거리 함수의 동작 속도를 증가시킨다. 이 제 2 세트는 Q 성분으로 지칭한다. Q 성분은 제 2 직교 필터(hQ1)를 다이렉트(D) 동작 및 분극화 신호에 인가함으로써 얻어진다. 이는 다음과 같이 기호적으로 기록될 수 있다.
Figure 112008022884321-PAT00033
Figure 112008022884321-PAT00034
이미 사용된 D 및 Q 필터로부터 유도되는 제 2 직교 필터를 사용하여 다음과 같이 된다.
Figure 112008022884321-PAT00035
여기서,
Figure 112008022884321-PAT00036
Q성분은 거리 영역의 리치-제어 특성, 모 및 리액턴스를 위해 특히 유용하다. 블라인더, 방향적 검사 등과 같은 다른 특성이 D와 Q 성분 모두를 여전히 사용할 수 있지만, D 성분만을 사용하는 것과 비교하여 다소 이득이 줄어든다.
식 (13)에 의해 주어진 구현 양식은 디지털 신호 처리의 당업자에 의해 균등 형태로 쉽게 재배열될 수 있다. 양식(13)은 동작 및 분극화 신호의 D 성분에 캐스캐이드 필터(hQ1)를 적용한다. 예를 들어, 다른 양식은 hD 및 hQ1 필터의 캐스캐이드를 전압 및 전류 신호에 적용할 수 있으며, 다른 hQ 및hQ1 필터의 캐스캐이드를 전압 및 전류 신호에 인가할 수 있고, 이들 신호의 D성분에 비교하여 미러 방정식을 사용하여 동작 및 분극화 신호에 Q성분을 생성할 수 있다. 이러한 재배열은 정확히 균등하며, 본 발명에 포함된다.
도 4 및 5는 동작 및 분극화 신호의 D와 Q 쌍을 동시에 사용하는 양의 효과를 도시하고 있다. 도 4는 동작 및 분극화 신호의 Q 성분의 목적을 도시하고 있다. 전압 신호의 영점 교차의 발생과 함께, 이 장애는 동작 및 분극화 신호의 D-세트를 통해 (대략 전력 사이클의 0.4로) 더 신속히 식별될 수 있다. 도 5는 동일하지만 전압 영점 교차를 가로지르는 대략 45 전기 도에서 발생하는 장애를 도시하여 도 4를 보완한다. 이 장애는 동작 및 분극화 신호의 Q-세트를 볼 때 더 신속하게 식별될 수 있다.
이 실시예의 측면은 동작 및 분극화 신호의 3, 4, 또는 그 이상의 상이한 버전을 향해 수행될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 이러한 신호 쌍은 적어도 절반 회전(180 전기 도)로 확장하는 사인 파형의 다양한 부위를 따라 위치되는 윈도우를 갖는 필터를 사용하여 생성되어야 할 것이다. 동작 및 분극화 신호 쌍의 2개 많이 적용하여 초과 감소 이득을 초래할 것이며, 본 발명에 의해 이미 인식된다.
제 1 단계의 에너지 비교기
장애를 발견하는 다음 단계는, 장애가 내부에 존재하여 거리 중계기에 의해 동작되어야 하는지 또는 외부에 존재하여 상기 중계기는 제지해야 하는지를 판단하여, 각 거리 비교기의 동작 및 분극화 신호 사이의 상호 극성을 비교하는 것이다. 이러한 비교는, 주어진 비교기의 동작 및 분극화 신호에서 발생할 수 있는 많은 과도 현상에도 불구하고 신속하고 안정적이어야 한다.
본 발명의 이 실시예의 측면 내에서, 에너지-기반 비교기가 사용되어 동작 및 분극화 신호가 대략 동위상인지 대략 위상이 상이한지를 검출한다. 이과 관련되는 마이크로프로세서-기반 중계기에 관한 구현 방정식은 다음과 같이 요약될 수 있다.
동작 및 분극화 신호는 다음의 경우에 "동위상"으로 선언된다.
Figure 112008022884321-PAT00037
여기서,
Figure 112008022884321-PAT00038
동작 전력은 다음과 같이 계산된다.
Figure 112008022884321-PAT00039
Figure 112008022884321-PAT00040
Figure 112008022884321-PAT00041
Figure 112008022884321-PAT00042
(좌측편의) 동작 전력의 식 (1)은 (우측편의) 제한 전력에 비교된다. 동작 전력이 제한 전력보다 큰 경우, 보조 플래그는 이 특정 비교기의 리치 내에 장애가 발견되었음을 나타내는 것으로 단정된다(asserted). 식 (15e)의 두 개의 각은 비교기 제한 각이며, 사용자 설정은 통상적으로 60 내지 120도 사이에 설정되고, 보안 각은 특정 거리 비교기의 종류에 의존하여 대략 5 내지 15 도로 일 구현에서 설정되는 제조 상수(factory constant)이다.
이 전력 신호는 속도에 관해 한 전력 사이클의 절반의 윈도우에 걸쳐 계산된다. 이 필터링은 동작 및 분극화 신호에서 수행되며, 속도와 보안성 사이에 우수한 절충점이다. 동작 전력은 동작 및 분극 신호가 동일 극성이면 시간 간격으로 신호 세기를 상향 적분하고, 극성이 상이하면 하향 적분한다. 이러한 주기 동안의 신호가 높을 수록, 그리고 주기가 길수록 동작 전력의 변화는 커진다. 동작 전력 은 관련되는 신호의 레벨에 비례하여 동위상/상이한 위상 패턴 검출을 유지하기 위해, 2개의 관련된 신호의 전체 세기를 사용하여 제한된다.
도 6 및 7은 영역 내부 및 영역 외부 장애에 대한 제 1 단계 에너지 비교기의 동작의 동작을 각각 도시하고 있다. 도 6(a)는 표본 동작 및 분극화 신호를 도시하고 있으며, 제 1 비교 단계에 대한 최종 동작 및 제한 전력은 도 6(b)에 도시되어 있다. 이 영역 내 장애에 있어서, 동작 전력은 장애로의 대략 0.7 사이클에서 제한 전력보다 높게 된다.
도 7(a)는 표본 동작 및 분극화 신호를 도시하고 있으며, 제 1 비교 단계에 대한 최종 동작 및 제한 전력은 도 7(b)에 도시되어 있다. 이 영역 외부 장애에 있어서, 동작 전력은 장애로의 대략 1.2 사이클 후에 제한 전력 아래로 떨어진다. 동작 전력은 제 1 비교 단계에 대한 설계 가정을 나타내는 이벤트의 전반 사이클에서 제한 전력 아래에 머문다. 도 7(b)는 CVT 과도 현상으로 인한 과도 오버리치의 위험성을 도시하고 있는데, 동작 전력은 대략 0.8 내지 1.2 사이클 사이의 시간 주기 동안 제한 전력 위에 존재한다. 0.5 사이클 후에 금지되지 않는다면, 제 2 단계는 이 장애 경우에 대해 올바르게 응답하지 않는다.
에너지 비교기를 사용하는 비교의 제 1 단계는 주어진 시스템 이벤트의 제 1 절반 전력 사이클 동안에만 활성이다. CVT 과도 현상은 제 1 절반 주기 이전에 이 비교기의 보안성에 영향을 주지 않는다는 것이 수많은 시뮬레이션에 의해 입증되었다. 이벤트 후의 절반 사이클 후에, 비교의 제 1 단계는 금지되고 단계 2가 상세히 설명할 바와 같이 이어진다.
제 1 단계는 동작 및 분극화 신호에 내장되는 크기와 위상 정보 모두를 사용하는 것은 아무 가치가 없다. 이는 분명한(명백한) 장애 경우 동안 더 신속한 동작의 장점을 갖는데, 그러한 이벤트 동안 동작 신호의 크기는 매우 중요하며 더 신속한 증가를 향해 동작 전력을 바이어싱하기 때문이다. 비교기의 단계 2 와 3은 위상 정보에 주로 기초하며, CVT 유도 과도 현상과 관련하여 보안에 대한 중요도에 대한 크기 정보를 차단한다.
제 2 단계의 향상된 위상 비교기
이벤트로의 절반 전력 주기와 전체 전력 주기 사이의 제 2 단계에서, 본 발명은 위상 비교기를 사용하여 주어진 거리 비교기의 동작 신호와 분극화 신호 사이의 동위상/위상 상이 관계를 검출한다.
이 선택은 대략 절반 사이클 후에 CVT 에러 피크를 실현하여 더 잘 이해될 수 있다. 절반 주기 후에 동작하고 전력 사이클의 일부 동안 시간적으로 그 윈도우 뒤로 연장되는 임의의 비교기는 엄격한 CVT 과도 현상과 충돌할 것이다. 본 발명의 위상 비교 검사는 비교되는 신호의 크기는 덜 강조하며 극성의 관점에서 상호 관련성을 더 강조한다. CVT는 출력 신호의 극성에도 심각하게 영향을 주지만, 본 발명에서는 이 문제를 해결하기 위해 위상 비교에 대한 초과 입력을 사용한다.
일관성과 용이한 이해를 위해, 제 2 및 제 3 단계를 제 1 비교기 단계와 동일한 동작 및 제한 전력 표기를 사용하여 설명한다. 디지털 신호 처리의 당업자는 수학식을 여러 균등물 또는 근사 균등 형태로 용이하게 재배열할 수 있다.
이 단계에서 제한 전력은 다음과 같이 계산되지 않고 상수로 유지된다.
Figure 112008022884321-PAT00043
Figure 112008022884321-PAT00044
동작 전력은 윈도우를 이동하며 0.5 사이클의 0과 1의 합으로서 계산된다.
Figure 112008022884321-PAT00045
Figure 112008022884321-PAT00046
여기서, "pc" 신호는 본 발명의 향상된 방안을 사용하여 계산되는 위상 비교 신호(불 대수)이다.
제 2 단계에 대한 K-계수는 더 우수한 보안성을 위해 제 2 단계에서보다 낮다. 한 애플리케이션은 90도의 사용자 제한 각을 가정하며 0.65 내지 0.75 범위의 값을 사용한다. K 값은 보안성/속도 균형을 제어하고 성능의 절충점을 자유롭게 구성하며 조절될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 본 발명은 비교기 중 임의의 것에 임의의 특정 K 값으로 한정되지 않는다.
종래 위상 비교 방안에서, pc 신호는 비교되는 두 개의 신호가 임의의 주어진 시점에서 모두 양이거나 모두 음인 동일한 극성일 때 논리 1로 단정된다. 본 발명에서는, 이 간단한 규칙은 CVT 과도 현상에 관한 초과 보안성을 위해 확장된다.
본 발명의 비교기의 제 2 단계는 다음과 같이 pc 신호를 단정한다.
D-비교기에 대해
Figure 112008022884321-PAT00047
Q-비교기에 대해
Figure 112008022884321-PAT00048
CCUT 임계값은 공칭 전압의 대략 0.25%로 설정된다. 장애 지점이 지정된 리치 지점에 근접하면, 리치 비교기의 동작 신호는 0에 근접한다. 실제로, 정확히 리치 지점에서의 금속성 장애에 대해 신호 노이즈와 과정 왜곡을 고려하지 않고 동작 신호는 정확히 0이다. 영역 내부 장애에 대해 장애가 영역 끝부분의 완전한 균형 지점으로부터 이동할 때, 동작 신호는 증가하여 분극화 신호와 동일한 위상에 유지된다. 영역 외부 장애에 대해 장애가 리치 지점으로부터 멀어지며 이동할 때, 동작 신호는 증가하여 분극화 신호와 상이한 위상에 유지된다. 그러므로, 임의의 임계값이 사용되어(CCUT), 극성의 관점에서 신호가 서로 비교되어 충분히 평탄한지를 판단한다.
일반적으로, 식 (18)은 향상된 위상 비교 알고리즘이다. 이 알고리즘은 동작 및 분극화 신호의 극성을 검사할 뿐만 아니라, 이들 신호의 전체 대칭성, 회전 속도 및 신호 대 잡음 비의 관점에서의 전체 동작을 검사한다. 예를 들어, pcD 항의 처음 3개의 요소를 취하자. 동작 및 분극화 신호(D 성분)가 동위상이면, 그 시간 도함수도 동위상이다. 동시에 Q 성분은 신호가 잘 동작하는 경우 처음 2개 항과는 정확히 상이한 위상이어야 한다. 전체적으로, pc 신호는 분극화 신호와 동작 신호가 순수한 사인 파형이고 정확히 동위상이면 상수 논리 1을 산출하고, 정확히 위상이 상이하거나 심하게 왜곡되면 견고한 논리 0을 산출하도록 설계된다. 식 (17)에 따른 절반 주기의 통합 윈도우 내에서 pc 신호는 신호의 동작에 기초하여 0과 1 모두를 가정할 수 있다는 것을 유의하자. 이는 (영역 내부 또는 영역 외부) 장애의 위치에 관한 신속하지만 안정적인 결정을 향한 정보 조작들을 통합할 수 있게 한다.
동작 속도를 희생하여 어느 정도까지 보안성을 향상시키기 위해 식 (18)에 초과 항이 더해 질 수 있으며, 보안성과 과도 현상 정확성을 희생하여 속도를 향상시키기 위해 식 (18)로부터 일부 항이 제거될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 본 발명은, 식 (18)에 삽입되는 항의 정확한 개수와 상관없이, 종래 위상 비교 기술을 향상시키기 위해 동작 또는 분극화 신호의 적어도 하나의 도함수를 사용하는 것이 다. 하나의 특정 구현은 위의 식 (18)에 의해 주어진 정확한 양식을 사용한다.
알고리즘은 동작 전력이 제한 전력을 초과할 때 영역 내부 장애를 확인한다.
도 8(a)와 8(b)는 표본 영역 내 장애 경우를 도시함으로써 제 2 비교 단계를 도시하고 있다. 도 8(a)는 표본 동작 및 분극화 신호를 도시하고 있고, 도 8(b)에는 제 2 비교 단계에 대한 동작 및 제한 전력이 도시되어 있다. 이 영역 내부 장애에 있어서, 동작 전력은 전력 사이클의 대략 0.6에서 제한 전력보다 높게 된다.
제 3 단계의 향상된 위상 비교기
제 3 비교 단계는 하나의 전력 시스템 사이클 후에 인계되어 전체 알고리즘이 보안 목적을 위해 금지될 때까지 제 2 사이클의 종료 때까지 계속된다. 이 때 병렬 종래 해결책에 의해 보호가 제공되는데, 가령 2002년 7월 16일자로 특허결정된 미국 특허 제 6,420,875호 "CVT Transient Filter"에 개시된 것이 있으며, 본 명세서에서 참조한다.
제 3 단계는 다음과 같은 유사한 위상 비교 방안을 사용한다. 이 단계에서 제한 전력은 다음과 같지 계산되지 않고 일정하다.
Figure 112008022884321-PAT00049
Figure 112008022884321-PAT00050
동작 전력은 윈도우를 이동하는 0.75 사이클의 0과 1의 합계로서 계산된다.
Figure 112008022884321-PAT00051
Figure 112008022884321-PAT00052
여기서 "pc" 신호는 다음 식을 사용하여 계산된다.
D-비교기에 대해
Figure 112008022884321-PAT00053
Q-비교기에 대해
Figure 112008022884321-PAT00054
일부 표현은 단계 2와 3 사이에서 반복된다는 것을 유의하자. 이는 마이크로프로세서 기반 중계기의 주어진 구현에서 계산을 최적화하기 위해 사용될 수 있 다.
마찬가지로, 동작 전력(식 20)이 제한 전력(식 19)을 초과할 때 내부 장애를 나타내는 플래그가 단정된다. K-계수 균형 속도 및 보안성과 본 발명의 하나의 특정 구현은 대략 0.5 내지 0.75에서 조절되며, 90도의 사용자 각 제한 설정을 가정한다.
동작 속도를 희생하여 어느 정도까지 보안성을 향상시키기 위해 식 (21)에 초과 항이 더해 질 수 있으며, 보안성과 과도 현상 정확성을 희생하여 속도를 향상시키기 위해 식 (21)로부터 일부 항이 제거될 수 있다는 것을 유의하자. 본 발명은, 식 (21)에 삽입되는 항의 정확한 개수와 상관없이, 종래 위상 비교 기술을 향상시키기 위해 동작 또는 분극화 신호의 적어도 하나의 도함수를 사용하는 것이다. 하나의 특정 구현은 위의 식 (21)에 의해 주어진 정확한 양식을 사용한다.
비교의 제 2 단계 및 제 3 단계의 pc 신호에 대한 표현은 직접적인 신호 값을 사용하는 것 외에도 시간 도함수를 사용한다. 도함수의 정확한 수치적 구현은 중요치 않으며, 본 발명의 임의의 특정 구현에 한정되지 않는다. 하나의 특정 구현은 다음과 같은 간단한 2-지점 수치적 도함수를 사용한다.
Figure 112008022884321-PAT00055
전술한 표현은 공칭 주파수에서 단일 이득을 가지도록 정해지므로,
Figure 112008022884321-PAT00056
2차 도함수는 두 번 적용되는 필터의 캐스캐이드(식 22a)이다. 도함수는 합 리적인 정확성으로 계산되어야 한다. 그러나, 그 유일한 용도는 상대적으로 낮은 값과 비교되어 그 극성을 검출한다.
제 3 단계는 동작 전력(식 20)이 제한 전력(식 19)을 초과하면 내부 장애를 나타내는 플래그를 단정한다.
도 9(a) 및 9(b)는 표본 영역 내부 장애 경로를 도시함으로써 제 3 비교 단계를 도시하고 있다. 도 9(a)는 표본 동작 및 분극화 신호를 도시하고 있고, 제 3 비교 단계에 대한 최종 동작 및 제한 전력은 도 9(b)에 도시되어 있다. 이 영역 내부 장애에 있어서, 동작 전력은 전력 사이클의 대략 1.4에서 제한 전력보다 높게 된다.
전술한 설명에서, 3개의 비교 단계는 장애로의 0.5 사이클, 1.0 사이클 및 2.0 사이클에서 스위치 온/오프 된다. 이들 스위치 지점은 근사값으로서 이해되어야 한다. 당업자는 보안성 및 동작 속도를 유지하기 위해 알고리즘의 다른 파라미터를 조절하면서 다소 상이한 중단점을 적용할 수 있다. 예를 들어, 제 1 단계는 이 단계의 K 계수가 더 높게 설정되면 0.5 사이클보다 조금 더 후에 스위치 오프될 수 있다. 이는 동작 속도를 부분적으로 감소시키지만 상대적으로 우수한 동작 알고리즘을 산출할 것이다.
전체 임피던스 보호 함수 내의 방법의 통합
본 발명의 방법은 다양한 종류의 거리 특성 및 임피던스 비교기에 적용될 수 있다. 모든 실제로 알려진 거리 특성이 동작 및 분극화 신호 세트의 구현 양식에 기록될 수 있는데, 두 신호가 영역 내부 장애에 대해서는 대략 동위상이고 그렇지 않은 경우에는 상이한 위상인 방식으로 된다. 그러한 경우, 마이크로프로세서-기반 중계기상에서 디지털적으로 유도되는 본 발명의 순간적인 동작 및 분극화 신호가 적용될 수 있다. 이 3-단계 비교기는 임의의 거리 특성에도 적용 가능하다.
다음의 본 발명의 상세한 설명이 더 잘 이해되고 이 기술분야에 대한 본 발명의 기여가 더 잘 인식되도록 전술한 간단한 설명은 본 발명의 더 중요한 특징을 광범위하게 설명한다. 물론, 후술할 본 발명의 추가적인 특징이 존재하며 이는 첨부된 청구범위의 청구대상을 위한 것이다.
본 발명의 특성은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 그 어떤 조합으로 구현될 수 있다.
이와 같이, 당업자는 본 명세서가 기초하는 원리는 본 발명의 여러 목적을 수행하는 다른 구조, 방법 및 시스템을 설계하는 기초로서 용이하게 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 청구범위는 이러한 균들 구성을 포함하는 것으로 고려되는 것이 중요하다.
도 1은 모(mho) 특성의 예를 사용하는 거리 영역의 개념을 도시하고 있다.
도 2(a) 내지 2(c)는 음-시퀀스 전류로부터 분극된 표본 리액턴스 라인을 순간적으로 동작시키고 분극화하는 개념을 도시하고 있다.
도 3은 영역 장애 외부를 도시하여 도 2(a) 내지 2(c)의 예를 보완한다.
도 4는 동작 및 분극화 신호의 Q 성분의 목적을 도시하고 있다.
도 5는 전압 영점 교차를 지나 대략 45 전기도에서 발생하는 장애를 제외한 동일한 상황을 도시하여 도4를 보완한다.
도 6(a)는 표본 동작 및 분극화 신호를 도시하고 있으며, 도 6(b)는 제 1 비교 단계에 대한 최종 동작 및 제한 전력을 도시하고 있다.
도 7(a)는 표본 동작 및 분극화 신호를 도시하고 있으며, 도 7(b)는 제 1 비교 단계에 대한 최종 동작 및 제한 전력을 도시하고 있다.
도 8(a)는 표본 동작 및 분극화 신호를 도시하고 있으며, 도 8(b)는 제 2 비교 단계에 대한 최종 동작 및 제한 전력을 도시하고 있다.
도 9(a)는 표본 동작 및 분극화 신호를 도시하고 있으며, 도 9(b)는 제 3 비교 단계에 대한 최종 동작 및 제한 전력을 도시하고 있다.
상세한 설명은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하며, 도면을 참조하여 장점과 특징을 함께 설명한다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
305 중계기 위치 310 모 영역
315 영역의 지정된 리치 지점 320 영역 내부 장애 위치
325 영역 외부 장애 위치
330 지정된 리치 지점을 가로지르는 리액턴스 라인

Claims (10)

  1. 임피던스 보호 제공 방법으로서,
    보호되는 회로와 관련되는 전압과 전류를 인터페이싱하고 디지털화하는 단계와,
    입력 전류와 전압을 직교 성분 쌍으로 디지털적으로 분리하는 단계 - 상기 전압과 전류의 직교 성분은, 한 사이클의 절반보다 작은 지연을 상기 직교 신호로 효율적으로 도입하는 디지털 필터를 사용하여 유도됨 - 와,
    순간적인 동작 및 분극화 신호(instantaneous operating and polarizing signals)의 형태로 거리 비교기 항(distance comparator terms)을 디지털적으로 생성하는 단계와,
    상기 동작 및 분극화 신호 사이의 각 관계(angular relationship)를 디지털적으로 검사하는 단계를 포함하는
    임피던스 보호 제공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 직교 필터는 FIR(Finite Impulse Response) 또는 IIR(Infinite Impluse Response) 유형인
    임피던스 보호 제공 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 거리 비교기 항은 직교 전압과 전류의 순간적인 조합으로서 시간 도메인으로 생성되는
    임피던스 보호 제공 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    적어도 2개의 거리 항 세트는 응답 속도를 향상시키기 위해 사용되는
    임피던스 보호 제공 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 거리 비교기는 적어도 2개의 단계로 분할되는
    임피던스 보호 제공 방법.
  6. 프로세서에 의해 사용 가능한 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함하는 제조물품으로서, 상기 매체는 인스트럭션 시퀀스를 저장하며, 상기 프로세서에 의해 실행되면 상기 프로세서로 하여금 임피던스 보호를 제공하게 하되,
    상기 임피던스 보호는
    보호되는 회로와 관련되는 전압과 전류를 인터페이싱하고 디지털화하는 단계와,
    입력 전류와 전압을 직교 성분 쌍으로 디지털적으로 분리하는 단계 - 상기 전압과 전류의 직교 성분은, 한 사이클의 절반보다 작은 지연을 상기 직교 신호로 효율적으로 도입하는 디지털 필터를 사용하여 유도됨 - 와,
    순간적인 동작 및 분극화 신호의 형태로 거리 비교기 항을 디지털적으로 생성하는 단계와,
    상기 동작 및 분극화 신호 사이의 각 관계를 디지털적으로 검사하는 단계에 의해 제공되는
    제조 물품.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 직교 필터는 FIR 또는 IIR 유형인
    제조 물품.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 거리 비교기 항은 직교 전압과 전류의 순간적인 조합으로서 시간 도메 인으로 생성되는
    제조 물품.
  9. 제 6 항에 있어서,
    적어도 2개의 거리 항 세트는 더 우수한 응답 속도를 위해 사용되는
    제조 물품.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 거리 비교기는 적어도 2개의 단계로 분할되는
    제조 물품.
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