KR20110101478A - Digital protection relay - Google Patents

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KR20110101478A
KR20110101478A KR1020100020493A KR20100020493A KR20110101478A KR 20110101478 A KR20110101478 A KR 20110101478A KR 1020100020493 A KR1020100020493 A KR 1020100020493A KR 20100020493 A KR20100020493 A KR 20100020493A KR 20110101478 A KR20110101478 A KR 20110101478A
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digital protection
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김재현
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엘에스산전 주식회사
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Abstract

본 발명은 전력 계통으로부터 인가된 전압 및 전류 신호를 샘플링하여 샘플링 데이터로 변환하는 A/D 컨버터부와, 변환된 샘플링 데이터를 이용하여 실효 값을 산출하고, 산출된 실효 값과 미리 저장된 기준 값을 비교하여 사고 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함하고, 제어부는 사고가 발생한 것으로 판단하면, 실효 값을 저장하는 디지털 보호 계전기로 과부하와 같이 장시간에 걸쳐 사고가 발생하여도 사고를 용이하게 분석할 수 있는 장점이 있다.The present invention calculates an effective value using an A / D converter unit for sampling voltage and current signals applied from a power system and converting them into sampling data, and using the converted sampling data, and calculating the calculated effective value and a pre-stored reference value. The control unit includes a control unit for determining whether an accident has occurred, and when the control unit determines that the accident has occurred, the control unit can easily analyze the accident even if an accident occurs for a long time such as an overload with a digital protection relay that stores an effective value. There is an advantage.

Description

디지털 보호 계전기{Digital protection relay}Digital protection relay

본 발명은 디지털 보호 계전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력 계통의 사고 발생을 감지하고 전력 품질을 계측하는 디지털 보호 계전기에 관한 것이다.
The present invention relates to a digital protection relay, and more particularly, to a digital protection relay for detecting the occurrence of an accident of the power system and measuring the power quality.

일반적으로 디지털 보호 계전기는 전력 계통(발전 및 송배전 단계의 전력시스템) 즉, 전원 측과 부하 기기(모터) 사이에 접속 설치되어 전력 계통 및 부하 기기의 이상 및 사고 발생 시 이를 알리고 전력 계통과 부하 기기 간의 회로를 차단하여 전력 계통 및 부하 기기를 보호하거나 전력 품질을 분석하여 사고를 사전에 예방할 수 있도록 한다. In general, digital protection relays are installed between the power system (power system in the power generation and distribution stages), i.e., the power supply side and the load equipment (motor), to notify of abnormalities and accidents of the power system and load equipment, and the power system and load equipment. The circuits between the circuits can be cut off to protect the power system and load devices, or analyze the power quality to prevent accidents.

이러한 디지털 보호 계전기는 사고가 발생하면, 사고 발생 전/후의 파형 데이터를 메모리의 해당 번지에 각각 저장하여 추후 사고를 분석하는데 이용하였다.When an accident occurs, the digital protection relay stores the waveform data before and after the accident at the corresponding address of the memory and used it for later analysis.

그러나, 단락, 지락, 단선과 같이 짧은 시간에 전압 및 전류 값이 급격하게 변하는 경우에는, 일정 주기 이하의 파형 데이터로도 사고의 분석이 가능하였지만, 과부하와 같이 긴 시간에 걸쳐 큰 전압 및 전류 값이 유입되는 경우, 일정 주기 이하의 파형 데이터로는 부하의 변동 추이를 분석하기 어려운 문제점이 있었다. However, if the voltage and current values suddenly change in a short time such as short circuit, ground fault, or disconnection, the accident can be analyzed even with waveform data of less than a certain period, but large voltage and current values over a long time such as overload When this flows in, there is a problem that it is difficult to analyze the trend of load with waveform data of a certain period or less.

따라서, 해당 주기의 파형 데이터를 모두 저장해야 하기 때문에 방대한 양의 메모리를 사용해야 하는 문제점이 있었다.
Therefore, there is a problem in that a large amount of memory must be used because all waveform data of the corresponding period must be stored.

본 발명의 사상은 사고가 발생하면, 파형 데이터 대신에 실효 값을 저장하여 장시간의 사고 유형도 용이하게 분석할 수 있는 디지털 보호 계전기를 제공함에 있다.
It is an object of the present invention to provide a digital protective relay that can easily analyze a long time accident type by storing effective values instead of waveform data when an accident occurs.

이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 디지털 보호 계전기는 전력 계통으로부터 인가된 전압 및 전류 신호를 샘플링하여 샘플링 데이터로 변환하는 A/D 컨버터부와, 변환된 샘플링 데이터를 이용하여 실효 값을 산출하고, 산출된 실효 값과 미리 저장된 기준 값을 비교하여 사고 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함하고, 제어부는 사고가 발생한 것으로 판단하면, 사고가 발생한 시점, 사고가 발생한 시점에서 소정 시간 전 및 후에 해당하는 실효 값을 저장한다.To this end, the digital protection relay according to an embodiment of the present invention calculates an effective value using an A / D converter unit for sampling and converting voltage and current signals applied from a power system into sampling data, and using the converted sampling data. The controller may include a controller configured to compare the calculated effective value with a pre-stored reference value to determine whether an accident has occurred. When the controller determines that an accident has occurred, the controller corresponds to a time before and after a predetermined time when the accident occurs. Save the effective value.

또한, 제어부는 사고가 발생한 시점, 사고가 발생한 시점에서 소정 시간 전 및 후에 해당하는 실효 값을 저장한다.In addition, the control unit stores the effective value corresponding to before and after a predetermined time at the time of the accident, the time of the accident.

그리고, 제어부는 산출된 실효 값이 기준 값보다 큰 경우, 사고가 발생한 것으로 판단한다.If the calculated effective value is larger than the reference value, the controller determines that an accident has occurred.

여기서, 실효 값은 RMS(Root Mean Square) 방식 또는 이산 퓨리에 변환(Discrete Fourier Transform : DFT) 방식을 이용하여 산출된다.
Here, the effective value is calculated using a root mean square (RMS) method or a discrete Fourier transform (DFT) method.

상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 디지털 보호 계전기에 따르면, 파형 데이터를 모두 저장하는 대신에 해당 주기의 실효 값을 저장하기 때문에 과부하와 같이 장시간에 걸쳐 사고가 발생하는 경우에도 사고를 용이하게 분석할 수 있는 장점이 있으며, 디지털 보호 계전기의 메모리 사용량을 줄일 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the digital protection relay according to an embodiment of the present invention, instead of storing all the waveform data, the effective value of the corresponding period is stored, so that an accident is easy even when an accident occurs for a long time such as an overload. It can be analyzed easily, and it can reduce the memory usage of the digital protection relay.

또한, 전력 값에 상응하는 실효 값을 저장할 경우에는 역조류의 사고 발생에 대한 전력요소의 사고 분석도 가능하고, 주파수 값에 상응하는 실효 값을 저장할 경우에는 분산 전원 계통에서의 주파수 변화율 분석도 가능한 장점이 있다.
In addition, if the effective value corresponding to the power value is stored, it is possible to analyze the accident of the power factor for the occurrence of the accident of reverse algae, and if the effective value corresponding to the frequency value is stored, it is also possible to analyze the frequency change rate in the distributed power system. There is an advantage.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 디지털 보호 계전기의 제어 블록도이다.
도 2는 저장부에 저장되는 데이터의 저장 구조를 보여주는 일례이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 디지털 보호 계전기의 제어과정을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.1 is a control block diagram of a digital protection relay according to an embodiment of the present invention.
2 illustrates an example of a storage structure of data stored in a storage unit.
3 is a flowchart illustrating a control process of the digital protection relay according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 디지털 보호 계전기의 제어 블록도를 나타낸다.1 is a control block diagram of a digital protective relay according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 디지털 보호 계전기(1)는 변성기(10), A/D 컨버터부(20), 제어부(30), 저장부(40), 입력부(50), 표시부(60) 및 통신부(70)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the digital protection relay 1 includes a transformer 10, an A / D converter 20, a controller 30, a storage 40, an input 50, a display 60, and It is configured to include a communication unit 70.

변성기(10)는 전압 변성기(PT : Potential Transformer, 11) 및 전류 변성기(CT : Current Transformer, 12)로 나누어지며, 전압 변성기(11)는 전력 계통으로부터 전압 신호를 인가받아 일정 비율이 낮은 전압 신호로 변환하고, 전류 변성기(12)는 전력 계통으로부터 전류 신호를 인가받아 일정 비율이 낮은 전류 신호로 변환한다.The transformer 10 is divided into a voltage transformer (PT) 11 and a current transformer (CT) 12, and the voltage transformer 11 receives a voltage signal from a power system and has a low voltage signal. The current transformer 12 receives a current signal from the power system and converts the current signal into a current signal having a low ratio.

A/D 컨버터부(20)는 연속적으로 변화하는 아날로그 데이터를 일정 시간 간격에 따라 이산적인 디지털 데이터로 변환시키는 수단으로서, 아날로그 형태의 전압 및 전류 신호를 샘플링(Sampling)하여 디지털 형태의 샘플링 데이터로 변환한다.The A / D converter 20 is a means for converting continuously changing analog data into discrete digital data at predetermined time intervals, and sampling the analog voltage and current signals into digital sampling data. Convert.

제어부(30)는 디지털 보호 계전기(1)의 제어를 전반적으로 담당하는 마이컴으로서, 변환된 샘플링 데이터를 이용하여 실효 값을 산출한다.The control unit 30 is a microcomputer that is generally responsible for the control of the digital protective relay 1 and calculates an effective value using the converted sampling data.

보다 구체적으로 설명하면, 제어부(30)는 RMS(Root Mean Square) 방식 또는 이산 퓨리에 변환(Discrete Fourier Transform : DFT) 방식을 이용하여 실효 값을 산출하고, 산출된 실효 값을 설정된 주기(시간)마다 저장부(40)에 저장한다.In more detail, the controller 30 calculates an effective value by using a root mean square (RMS) method or a discrete Fourier transform (DFT) method, and calculates the calculated effective value for each set period (hour). The storage unit 40 stores.

RMS 방식을 이용할 경우에는 하기의 [식 1]을 이용하여 실효 값을 산출한다.In the case of using the RMS method, the effective value is calculated using Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, Xrms는 실효 값, Xi는 샘플링 데이터 및 n은 상수이다.Where Xrms is an effective value, Xi is sampling data and n is a constant.

또한, 제어부(30)는 이산 퓨리에 변환(Discrete Fourier Transform : DFT) 방식을 이용하여 실효 값을 산출하는데, 이산 퓨리에 변환 방식은 함수 X(t)와 복소수 함수 X(f)를 사용한 방식으로서 자세한 설명은 생략하도록 한다.In addition, the control unit 30 calculates an effective value using a Discrete Fourier Transform (DFT) scheme. The Discrete Fourier Transform scheme uses a function X (t) and a complex function X (f). Is omitted.

그리고, 제어부(30)는 산출된 실효 값과 미리 저장된 기준 값을 비교하여 사고 발생 여부를 판단하고, 산출된 실효 값이 기준 값보다 큰 경우, 사고가 발생한 것으로 판단한다.In addition, the controller 30 compares the calculated effective value with a pre-stored reference value to determine whether an accident occurs. When the calculated effective value is larger than the reference value, the controller 30 determines that an accident has occurred.

상술한 바와 같이 RMS 방식을 이용하여 실효 값을 산출하고, 산출된 실효 값을 이용하여 사고 여부를 판단하는 과정을 예를 들어 설명하면, 샘플링 주기가 10sec이고, 기준 값이 0.6이고, 시간(t)에 따른 샘플링 데이터가 아래의 [표 1]과 같이 검출될 경우, As described above, a process of calculating an effective value using the RMS method and determining an accident using the calculated effective value will be described. For example, the sampling period is 10 sec, the reference value is 0.6, and the time (t ) When sampling data according to) is detected as shown in [Table 1] below,

시간
(t)time
(t) 00 1One 22 33 44 55 66 77 88 99 샘플링
데이터sampling
data 0.10.1 0.30.3 0.520.52 0.70.7 0.780.78 0.890.89 0.990.99 1One 0.950.95 0.850.85

제어부(30)에서 앞서 서술한 [식 1]에 [표 1]의 값을 대입하면, 아래와 같은 수식이 검출되고, 검출된 수식에 의해 대략 0.76의 실효 값이 산출된다.When the controller 30 substitutes the values in Table 1 into [Equation 1] described above, the following equation is detected, and an effective value of approximately 0.76 is calculated by the detected equation.

Figure pat00002
= 0.76
Figure pat00002
= 0.76

상술한 수식에 의해 산출된 실효 값과 기준 값을 비교한 결과, 실효 값이 기준 값보다 크므로 (0.76 > 0.6) 제어부(30)는 사고가 발생한 것으로 판단하여 사고 발생 시점으로부터 소정 시점 전/후의 실효 값을 저장부(40)에 모두 저장한다. As a result of comparing the effective value calculated by the above-described formula and the reference value, the effective value is larger than the reference value (0.76> 0.6), so that the controller 30 determines that an accident has occurred and before / after a predetermined time from the time of the accident occurrence. The effective value is all stored in the storage unit 40.

예를 들어, 10초의 주기마다 실효 값이 저장되고, 사고 발생 시 사고 발생 시점으로부터 60초 전/후의 실효 값이 저장되는 것으로 디지털 보호 계전기(1)가 설정된 경우, 오후 3시가 되는 시점에서 사고가 발생하면, 제어부(30)는 오후 3시가 되는 시점에서 산출된 실효 값과 사고 발생 이전의 시점인 2시 59분 0초, 2시 59분 10초, 2시 59분 20초, 2시 59분 30초, 2시 59분 40초 및 2시 59분 50초에서 산출된 실효 값들과 사고 발생 이후의 시점인 3시 0분 10초, 3시 0분 20초, 3시 0분 30초, 3시 0분 40초, 3시 0분 50초 및 3시 0분 60초(3시 1분)에서 산출된 실효 값들을 저장한다. For example, when the digital protection relay 1 is set such that the effective value is stored every 10 seconds and the effective value 60 seconds before and after the accident occurs when the accident occurs, the accident occurs at 3 pm. If so, the controller 30 determines the effective value calculated at the time of 3:00 pm and 2: 59: 0 seconds, 2:59:10 seconds, 2:59:20 seconds, 2:59 minutes before the accident occurred. Effective values calculated at 30 seconds, 2:59:40, and 2:59:50, and 3: 0: 10, 3: 0: 20, 3: 0: 30, 3 after the accident The effective values calculated at hours 0 minutes 40 seconds, 3: 0 minutes 50 seconds, and 3: 0 minutes 60 seconds (3: 1 minute) are stored.

이와 같이, 제어부(30)는 사고가 발생하면, 사고가 발생한 시점을 기준으로 소정 시점 전/후의 실효 값을 저장부(40)에 저장하여 추후 사고 발생의 원인이나 유형을 분석할 수 있도록 제어하고, 표시부(50)로 표시 제어 신호를 전송하여 사용자에게 사고가 발생한 것을 안내할 수 있도록 제어한다.As such, when an accident occurs, the controller 30 stores the effective value before / after a predetermined time point in the storage unit 40 based on the time point at which the accident occurs, so that the controller 30 can analyze the cause or type of the accident occurrence later. The control unit transmits a display control signal to the display unit 50 to guide the user that an accident has occurred.

도 2는 저장부에 저장되는 데이터의 저장 구조를 보여주는 일례로서, 도 2를 참조하면, 종래에는 사고 발생 시 사고 발생 시점을 기준으로 하여 일정 시점 전/후의 시간에 따른 샘플링 데이터를 모두 저장해야 하는데 반해, 예컨대, 샘플링 주기가 10sec일 경우, 10개의 샘플링 데이터를 저장해야 하는 종래에 비해, 본 발명의 일실시예에서는 10개의 샘플링 데이터에 상응하는 한 개의 실효 값만 저장하면 되기 때문에 메모리의 사용 공간을 절약할 수 있게 된다.FIG. 2 is an example illustrating a storage structure of data stored in a storage unit. Referring to FIG. 2, in the related art, all sampling data according to a time before and after a certain time point should be stored based on an accident occurrence time when an accident occurs. On the other hand, for example, when the sampling period is 10 sec, compared to the conventional case in which ten sampling data are to be stored, in one embodiment of the present invention, only one effective value corresponding to the ten sampling data needs to be stored. You can save.

저장부(40)는 일련의 처리 프로그램을 저장하는 롬(ROM : Read Only Memory) 및 연산 결과를 임시 저장하는 램(RAM : Random Access Memory)을 포함하는 저장 수단으로서, 제어부(30)에서 산출된 실효 값을 설정된 주기마다 실시간으로 저장한다.The storage unit 40 is a storage unit including a ROM (Read Only Memory) for storing a series of processing programs and a random access memory (RAM) for temporarily storing calculation results. The storage unit 40 is calculated by the controller 30. The effective value is stored in real time every set period.

이외에 저장부(40)는 각종 계측값, 상태정보 및 이벤트 데이터를 저장한다.In addition, the storage unit 40 stores various measured values, status information, and event data.

입력부(50)는 디지털 보호 계전기(1)의 종류에 따라 상태 및 동작정보가 선택 입력된다.The input unit 50 selects and inputs state and operation information according to the type of the digital protective relay 1.

표시부(60)는 제어부(30)와 접속되며, 제어부(30)로부터의 표시 제어 신호에 따라 전력 계통이나 부하 기기의 전압, 전류, 온도 또는 사고 여부와 같은 상태 정보 및 동작 정보를 표시하는 수단으로, 예컨대 액정 표시 수단(Liquid Crystal Display)이나 발광 표시 소자(Light Emitting Device) 등으로 구성될 수 있다. The display unit 60 is connected to the control unit 30 and is a means for displaying state information and operation information such as voltage, current, temperature, or an accident of a power system or a load device according to a display control signal from the control unit 30. For example, the liquid crystal display device may include a liquid crystal display device, a light emitting device, or the like.

또한, 표시부(60)는 사고가 발생하면 액정 표시 수단 등을 통해 사고 발생 여부를 안내한다.In addition, when an accident occurs, the display unit 60 guides whether an accident occurs through the liquid crystal display means.

통신부(70)는 디지털 보호 계전기(1)와 외부 수단과의 통신 기능을 담당한다.The communication unit 70 is responsible for the communication function between the digital protective relay 1 and external means.

이외에 디지털 보호 계전기(1)는 입력은 제어부(30)에 접속되고, 출력은 디지털 보호 계전기(1)의 외부에 접속되는 회로 차단기에 접속되어, 제어부(30)의 제어에 따라서 예컨대 제어부(30)가 외부 회로 차단기의 차단구동을 명령하는 제어신호를 출력하는 경우 그에 따라 외부 회로 차단기에 차단구동 신호(일명 TRIP 구동 신호)를 출력하는 DO부(Direct Output)(미도시)와 외부로부터 인가되는 제어 신호를 제어부(30)로 전달하여 제어 신호에 따라 동작할 수 있도록 하는 DI부(Direct Input)(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the digital protective relay 1 has an input connected to the control unit 30, and the output is connected to a circuit breaker connected to the outside of the digital protective relay 1, for example, the control unit 30 under the control of the control unit 30. Outputs a control signal for commanding the shut-off operation of the external circuit breaker, a DO unit (not shown) for outputting a shut-off drive signal (aka TRIP drive signal) to the external circuit breaker and control applied from the outside accordingly. It may further include a DI (Direct Input) (not shown) for transmitting a signal to the control unit 30 to operate according to the control signal.

이하에서는 상기와 같이 구성된 디지털 보호 계전기의 제어과정을 설명한다.Hereinafter, a control process of the digital protection relay configured as described above will be described.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 디지털 보호 계전기의 제어과정을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a control process of the digital protection relay according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 변성기(10)에서는 전력 계통으로부터 인가되는 전압 및 전류 신호를 일정 비율이 낮은 전압 및 전류 신호로 변환한다(S300).Referring to FIG. 3, the transformer 10 converts a voltage and current signal applied from a power system into a voltage and current signal having a predetermined low ratio (S300).

A/D 컨버터부(20)에서는 변환된 전압 및 전류 신호를 샘플링하여 디지털 형태의 샘플링 데이터로 변환한다(S310).The A / D converter 20 samples the converted voltage and current signals and converts them into digital sampling data (S310).

다음으로, 제어부(30)는 RMS(Root Mean Square) 방식 또는 이산 퓨리에 변환(Discrete Fourier Transform : DFT) 방식을 이용하여 실효 값을 산출한다(S320).Next, the controller 30 calculates an effective value using a root mean square (RMS) method or a discrete Fourier transform (DFT) method (S320).

그리고, 제어부(30)에서는 산출된 실효 값과 미리 저장된 기준 값을 비교하여 산출된 실효 값이 기준 값보다 큰 경우(S330 단계의 '예'), 사고가 발생한 것으로 판단한다(S340).In addition, the controller 30 compares the calculated effective value with a pre-stored reference value and determines that an accident has occurred when the calculated effective value is larger than the reference value (YES in step S330).

340단계에서 사고가 발생하면, 사고가 발생한 시점 및 사고가 발생한 시점으로부터 일정 시점 전/후의 실효 값을 저장하여 추후 사고의 분석 시 저장부(40)에 저장된 실효 값을 이용할 수 있도록 하고, 외부 회로 차단기에 차단구동 신호(일명 TRIP 구동 신호)를 출력한다(S350).
If an accident occurs in step 340, the effective value before and after a certain time from the time of the accident and the time of the accident is stored so that the effective value stored in the storage unit 40 can be used when analyzing the accident later, and an external circuit A break driving signal (also called a TRIP driving signal) is output to the breaker (S350).

1...디지털 보호 계전기 10...변성기
20...A/D 컨버터부 30...제어부
40...저장부 50...입력부1 ... digital protection relay 10 ... transformer
20 ... A / D converter section 30 ... control section
40 ... storage 50 ... input

Claims (4)

전력 계통으로부터 인가된 전압 및 전류 신호를 샘플링하여 샘플링 데이터로 변환하는 A/D 컨버터부;
상기 변환된 샘플링 데이터를 이용하여 실효 값을 산출하고, 상기 산출된 실효 값과 미리 저장된 기준 값을 비교하여 사고 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 사고가 발생한 것으로 판단하면, 상기 실효 값을 저장하는 디지털 보호 계전기.
An A / D converter unit for sampling the voltage and current signals applied from the power system and converting them into sampling data;
And a controller configured to calculate an effective value using the converted sampling data, and determine whether an accident occurs by comparing the calculated effective value with a pre-stored reference value.
And the control unit stores the effective value when it is determined that the accident has occurred.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 사고가 발생한 시점, 상기 사고가 발생한 시점에서 소정 시간 전 및 후에 해당하는 상기 실효 값을 저장하는 디지털 보호 계전기.
The method of claim 1, wherein the control unit,
And a digital protection relay for storing the effective value corresponding to a time before and after a predetermined time at the time when the accident occurs.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 산출된 실효 값이 상기 기준 값보다 큰 경우, 상기 사고가 발생한 것으로 판단하는 디지털 보호 계전기.
The method of claim 1, wherein the control unit,
And when the calculated effective value is greater than the reference value, determining that the accident has occurred.
제 1 항에 있어서, 상기 실효 값은,
RMS(Root Mean Square) 방식 또는 이산 퓨리에 변환(Discrete Fourier Transform : DFT) 방식을 이용하여 산출되는 디지털 보호 계전기.The method of claim 1, wherein the effective value,
Digital protection relay calculated using root mean square (RMS) method or discrete fourier transform (DFT) method.
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