KR20120077953A - Parameter optimization method of superconducting fault current limiter - Google Patents

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KR20120077953A KR1020100140093A KR20100140093A KR20120077953A KR 20120077953 A KR20120077953 A KR 20120077953A KR 1020100140093 A KR1020100140093 A KR 1020100140093A KR 20100140093 A KR20100140093 A KR 20100140093A KR 20120077953 A KR20120077953 A KR 20120077953A
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성병철
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Abstract

PURPOSE: A parameter optimization method of a superconducting fault current limiter is provided to select the optimum resistance of a superconducting fault current limiter in consideration of coordination between over-current relays by calculating fault current through an impedance map according to a fault position. CONSTITUTION: A parameter optimization method of a superconducting fault current limiter comprises the steps of: analyzing a distribution system model according to the malfunction of an electric system during a distributed power linking process(S100), composing an impedance map according to the fault position of the electric system corresponding to the distribution system model(S110), calculating the fault current of the electric system based on the impedance map(S120), and determining a resistance of the superconducting fault current limiter based on the fault current(S130).

Description

초전도 한류기의 저항값 결정방법{Parameter optimization method of superconducting fault current limiter} Parameter optimization method of superconducting fault current limiter

본 발명은 초전도 한류기의 저항값 결정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분산전원 적용시 고장위치에 따른 임피던스 맵을 통해 고장전류를 계산함으로써 과전류 계전기간의 보호협조를 고려한 초전도 한류기의 최적 저항값을 선정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for determining the resistance value of a superconducting fault current limiter, and more particularly, the optimum resistance value of the superconducting fault current limiter considering the protection coordination between the overcurrent relays by calculating the fault current through the impedance map according to the fault location when applying distributed power. It is about how to select.

꾸준히 증가하고 있는 전력용량과 함께 최근 들어 분산전원의 계통연계가 활발해짐으로써 계통의 단락용량의 증가가 필요하게 되었다. 이를 위해 차단기 등의 설비를 바꾸거나 기존의 방법을 사용할 경우 막대한 비용이 필요하게 되고 전력계통의 불안정 및 전력의 품질 저하를 유발하게 된다.In addition to the ever-increasing power capacity, the grid linkage of distributed power generation has become more active in recent years. To this end, if the equipment such as a circuit breaker is changed or the existing method is used, enormous cost is required, which causes instability of the power system and deterioration of power quality.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방안 중 하나로서 초전도 소재를 이용한 송배전급의 한류기의 개발 및 상용화가 새로운 이슈로 대두되고 있다. 현재까지 많은 초전도 한류기가 실제로 개발되었지만, 실계통 적용에는 아직 여러 가지 문제점이 있다. 여러 문제점을 해결하고 효과적으로 실계통에 적용하기 위해서는 대표적으로 초전도 한류기의 최적 저항값을 우선적으로 고려해야 할 필요가 있다.As one of the ways to solve this problem, the development and commercialization of the current-limiting current limiter using the superconducting material has emerged as a new issue. Many superconducting fault current limiters have been developed so far, but there are still various problems in real system applications. In order to solve various problems and effectively apply them to a real system, it is necessary to first consider the optimal resistance value of a superconducting current limiter.

따라서 본 발명이 속하는 기술 분야에서는 분산전원 적용시 기존의 보호협조를 유지하면서 분산전원 발전이 이루어질 수 있도록 초전도 한류기의 최적 저항값을 선정하는 방법의 개발을 요하고 있었다.Therefore, in the technical field to which the present invention belongs, it has been required to develop a method of selecting an optimal resistance value of the superconducting current limiter so that distributed power generation can be achieved while maintaining the existing protection coordination when applying distributed power.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 분산전원이 연계되었을 때 고장발생시 기존 계통에 비해 고장전류가 증가함에 따라 과전류 계전기간의 보호협조 특성을 고려한 초전도 한류기의 최적 저항값을 선정하여 고장전류를 감소시킴으로써 최적의 계통보호가 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention was created to solve the problems described above, the optimum resistance of the superconducting fault current limiter considering the protection cooperative characteristics between the over-current relay as the fault current increases when the failure occurs when the distributed power supply is connected The purpose is to enable optimal system protection by reducing the fault current by selecting a value.

그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

전술한 본 발명의 목적은, 제어수단이 분산전원 연계시 전력계통의 고장에 따른 배전계통 모델을 분석하는 단계(S100); 제어수단이 배전계통 모델에 대응하는 전력계통의 고장위치에 따른 임피던스 맵을 작성하는 단계(S110); 및 제어수단이 작성된 임피던스 맵에 기초하여 전력계통의 고장전류를 계산하는 단계(S120); 제어수단이 계산된 고장 전류값에 기초하여 초전도 한류기의 저항값을 결정하는 단계(S130);를 포함하며, 분산전원 연계시 기존의 주보호 계전기와 후비보호 계전기간의 보호협조를 유지하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기 저항값 결정방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.An object of the present invention described above, the control means for analyzing the distribution system model according to the failure of the power system when the distributed power supply (S100); Generating, by the control means, an impedance map according to a failure location of the power system corresponding to the distribution system model (S110); And calculating a fault current of the power system based on the impedance map prepared by the control means (S120). And determining, by the control means, the resistance value of the superconducting fault current limiter based on the calculated fault current value (S130). It can be achieved by providing a method for determining a superconducting fault current limiter resistance value.

고장 전류값은 과전류 계전기에 흐르는 전류값인 것을 특징으로 하며 주보호 계전기와 후비보호 계전기간의 동작시간 차이를 고려하여 초전도 한류기의 저항값을 결정하는 것을 특징으로 한다.The fault current value is a current value flowing in the overcurrent relay, and the resistance value of the superconducting fault current limiter is determined in consideration of the difference in operating time between the main protection relay and the non-protection relay.

또한, 초전도 한류기는, 분산전원과 직렬로 연결되며, 임계전류 이상으로 고장전류가 발생하면 저항이 형성되어 고장전류를 감소시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the superconducting fault current limiter is connected in series with a distributed power supply, and when a fault current occurs above a threshold current, a resistance is formed to reduce the fault current.

또한, S100 단계 후, 제어수단이 배전계통 모델을 분석하여 전력계통의 고장위치를 찾아내는 단계(S105);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, after the step S100, the control means analyzes the distribution system model to find a failure position of the power system (S105); characterized in that it further comprises.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 초전도 한류기의 최적저항을 적용함으로써 분산전원에 의한 증가된 고장전류에 따라 기존의 과전류 계전기의 설정값을 바꿀 필요가 없고, 또한 고장전류를 감소시켜 줄 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, by applying the optimum resistance of the superconducting fault current limiter, it is not necessary to change the set value of the existing overcurrent relay according to the increased fault current by the distributed power supply, and also to reduce the fault current. There is.

그리고, 본 발명에 의하면 분산전원과 직렬로 초전도 한류기를 설치함으로써 기존의 차단기 설비를 교체할 필요가 없어 설치 비용의 감소 및 전력 품질을 높일 수 있다.In addition, according to the present invention, by installing a superconducting fault current limiter in series with a distributed power supply, there is no need to replace an existing breaker facility, thereby reducing installation cost and increasing power quality.

도 1 은 본 발명에 따른 초전도 한류기 저항값 결정방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배전계통 모델의 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 임피던스 맵의 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 주보호 계전기와 후비보호 계전기간의 동작특성을 나타낸 도면이다.1 is a flowchart sequentially illustrating a method for determining a superconducting fault current limiter resistance value according to the present invention.
2 is a diagram of a distribution system model according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram of an impedance map according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing the operation characteristics between the main protection relay and the post-protection relay according to an embodiment of the present invention.

실시예들은 여러 가지 다른 형태들로 구체화되어질 수 있고, 여기에서 설명되는 양태들로 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 오히려, 상기 양태들은 실시예들을 더욱 철저하고 완전하게 되도록 해주며, 당업자에게 실시예들의 영역을 충분히 전달할 수 있도록 해준다.
The embodiments may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the aspects set forth herein. Rather, the above aspects make the embodiments more thorough and complete, and fully convey the scope of the embodiments to those skilled in the art.

<초전도 한류기 저항값 결정방법><Method for Determining Resistance of Superconducting Current Limiter>

도 1 은 본 발명에 따른 초전도 한류기 저항값 결정방법을 순차적으로 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배전계통 모델의 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 임피던스 맵의 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 주보호 계전기와 후비보호 계전기간의 동작특성을 나타낸 도면이다.1 is a flowchart illustrating a method of determining a resistance value of a superconducting fault current limiter according to the present invention, FIG. 2 is a diagram of a distribution system model according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is according to an embodiment of the present invention. 4 is a diagram of an impedance map, and FIG. 4 is a diagram illustrating an operation characteristic between a main protection relay and a post-protection relay according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 한류기 저항값 결정방법에 대하여 설명하기로 한다. 본 단계는 S100 단계 내지 S130 단계를 수행한다.
Hereinafter, a method of determining a superconducting fault current limiter resistance value according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. This step performs steps S100 to S130.

먼저, 제어수단이 분산전원 연계시 전력계통의 배전계통 모델을 입력받아 분석하는 단계를 수행한다(S100). 도 2에 도시된 바와 같이 배전계통 모델은 초전도 한류기의 최적 저항값을 선정하기 위한 것으로서, 분산전원의 일예인 풍력발전시스템(WTGS)(120)이 연계되고, 풍력발전시스템(120)과 직렬로 초전도 한류기(130)가 연결된다.First, the control unit performs a step of receiving and analyzing the distribution system model of the power system when the distributed power source connection (S100). As shown in FIG. 2, the distribution system model is for selecting an optimum resistance value of the superconducting fault current limiter, and is connected to the wind power generation system (WTGS) 120, which is an example of distributed power, and is in series with the wind power generation system 120. Superconducting fault current limiter 130 is connected to.

한편, 초전도 한류기(130)는 정상상태에서는 저항이 0이지만, 전력계통에 고장이 발생함에 따라서 초전도체를 유지하기 위한 임계전류 이상으로 고장전류가 발생하면 빠른 시간내에 저항이 발생하여 분산전원이 연계된 전력계통의 고장전류를 줄인다. 따라서 분산전원과 초전도 한류기(130)를 직렬로 연결하여 분산전원 연계에 따른 증가된 고장전류를 줄일 수 있다.
On the other hand, the superconducting fault current limiter 130 has a resistance of 0 in the normal state, but if a fault current occurs above a threshold current for maintaining the superconductor due to a failure in the power system, a resistance is generated within a short time so that the distributed power supply is connected. Reduce the fault current of the power system. Therefore, by connecting the distributed power supply and the superconducting fault current limiter 130 in series, an increased fault current due to the distributed power supply connection can be reduced.

다음으로, 제어수단이 배전계통 모델을 분석하여 분산전원이 연계된 전력계통의 고장위치를 찾아내는 단계를 수행한다(S105). 고장위치를 찾아냄으로써 고장위치에 따른 임피던스 맵을 작성할 수 있게 된다.
Next, the control means analyzes the distribution system model and finds a fault location of the power system to which the distributed power supply is linked (S105). By finding the fault location, it is possible to create an impedance map according to the fault location.

다음으로, 제어수단이 배전계통 모델에 대응하는 전력계통의 고장위치에 따른 임피던스 맵을 작성하는 단계를 수행한다(S110). 전력계통의 고장위치에 따른 임피던스 맵은 임피던스를 갖는 소자들로 구성된 회로도를 의미하며, 이때 사용되는 임피던스 값을 pu(per unit) 단위로 바꾸어 표시한다.Next, the control means performs a step of creating an impedance map according to the failure position of the power system corresponding to the power distribution system model (S110). The impedance map according to the fault location of the power system refers to a circuit diagram composed of devices having impedance, and the impedance value used at this time is displayed in units of pu (per unit).

도 3에 도시된 바와 같이 선로(140), 전원(110), 및 풍력발전시스템(120)을 pu 단위로 바꾸어 임피던스 맵을 작성한다. 여기서 발전기 또는 전동기 등의 전원 역할을 하는 것은 하나의 전원(110)으로 간주하여 임피던스 맵을 작성한다. As shown in FIG. 3, the impedance map is created by changing the line 140, the power source 110, and the wind power generation system 120 in pu units. Here, the role of a power source such as a generator or an electric motor is regarded as one power source 110 to create an impedance map.

다만, 도 3에 도시된 임피던스 맵은 고장이 bus 5에 발생했을 때의 임피던스 맵의 일실시예이며, 따라서 분산전원이 연계된 전력계통의 임의의 고장위치에 따라 서 임피던스 맵은 다양하게 변형될 수 있다.
However, the impedance map shown in FIG. 3 is an embodiment of the impedance map when a failure occurs in bus 5, and therefore, the impedance map may be variously modified according to an arbitrary failure location of the power system to which the distributed power supply is connected. Can be.

다음으로, 제어수단이 작성된 임피던스 맵에 기초하여 전력계통의 고장전류를 계산하는 단계를 수행한다(S120). 전력계통의 고장위치에 따라 상술한 임피던스 맵이 변형되므로 고장전류의 계산이 가능하다. 이때 계산되는 고장 전류값은 과전류 계전기에 흐르는 전류를 계산하게 된다. 다만 이러한 임피던스 맵이 형성된 경우 분산전원이 연계된 전력계통의 고장전류를 계산하는 것은 당업자에게 자명한바 설명을 생략하기로 한다.
Next, the control means calculates a fault current of the power system based on the prepared impedance map (S120). Since the above-described impedance map is deformed according to the fault position of the power system, the fault current can be calculated. The fault current value calculated at this time calculates the current flowing in the overcurrent relay. However, when the impedance map is formed, it will be apparent to those skilled in the art that the fault current of the power system to which the distributed power supply is linked will be omitted.

마지막으로, 제어수단이 계산된 고장 전류값에 기초하여 초전도 한류기(130)의 저항값을 결정하는 단계를 수행한다(S130). 이때 초전도 한류기(130)의 저항값을 결정하기 위하여는 주보호 계전기(Primary Relay)와 후비보호 계전기(Back-up Relay)간의 동작특성을 이용하여 저항값을 결정하게 된다. 이하에서 초전도 한류기의 저항값을 결정하기 위한 주보호 계전기와 후비보호 계전기간의 동작특성에 대해 더 자세히 설명하기로 한다.Finally, the control means performs a step of determining the resistance value of the superconducting fault current limiter 130 based on the calculated fault current value (S130). In this case, in order to determine the resistance value of the superconducting fault current limiter 130, the resistance value is determined by using an operation characteristic between the primary protection relay and the back-up relay. Hereinafter, the operation characteristics between the main protection relay and the non-protection relay for determining the resistance value of the superconducting fault current limiter will be described in more detail.

도 4에 도시된 바와 같이, ①은 분산전원 연계전의 주보호 계전기와 후비보호 계전기간의 동작시간차(150)(Coordination time interval)로서 서로 보호협조가 잘 이루어지고 있는 것을 나타낸다. As shown in FIG. 4,? Denotes an operation time difference 150 (Coordination time interval) between the main protection relay and the post-protection relay before the distributed power supply connection, and the protection coordination is well established.

이때 보호협조라는 용어는 본 명세서에서는 전력계통에 고장이 발생했을 때 주보호 계전기가 동작하여 고장이 제거되고, 후비보호 계전기는 동작하지 않도록 주보호 계전기와 후비보로 계전기간에 시간 차이를 두어 보장치간에 시간 협조를 하도록 하는 것을 의미한다.At this time, the term protection coordination in this specification, when the power system breaks down, the main protection relay operates to eliminate the failure, and the post protection relay does not operate so that the time difference between the main protection relay and the post borough relay period is between the complementary devices. It means to cooperate with time.

분산전원의 연계전에 보호협조가 잘 유지됨으로써 전력계통을 안정화 시킬 수 있다.
Protection coordination is maintained well before the connection of distributed power sources to stabilize the power system.

그러나, 도 4에 도시된 ②는 전력계통에 분산전원이 연계된 후에 증가된 전류에 의해서 주보호 계전기와 후비보호 계전기간의 보호협조가 어긋나는 것을 보여준다. 이는 분산전원의 연계로 전류가 증가함에 따라 기존의 주보호 계전기와 후비보호 계전기간의 동작시간차(160)가 줄어들어 과전류 계전기가 불필요하게 전력을 차단할 수 있으며, 고장전류가 차단기의 정격전류보다 커져 차단기의 오동작을 유발할 수 있다. 따라서 분산전원 연계에 따른 전력계통에 있어서 초전도 한류기(130)를 설치하지 않는다면 과전류 계전기의 설정값을 바꾸거나 차단기를 교체함에 따른 많은 비용부담이 수반된다.
However, ② shown in FIG. 4 shows that the protection coordination between the main protection relay and the post protection relay is shifted by the increased current after the distributed power source is connected to the power system. As the current increases due to the connection of distributed power supply, the operation time difference 160 between the existing main protection relay and the back protection relay is reduced, so that the overcurrent relay can cut off the power unnecessarily, and the fault current becomes larger than the rated current of the breaker. It may cause malfunction. Therefore, if the superconducting fault current limiter 130 is not installed in the power system according to the distributed power supply connection, a lot of cost is involved in changing the set value of the overcurrent relay or replacing the breaker.

이에 본 발명에서 제안하는 초전도 한류기의 최적 저항값을 선정하여 분산전원과 직렬로 설치하는 경우에는 도 4에 도시된 ③에 따라 초전도 한류기(130)의 저항에 의해서 고장전류를 분산전원 연계전의 고장전류 수준으로 줄일 수 있는 것을 나타낸다. 따라서 동작시간차(150)를 분산전원 연계전으로 되돌릴 수 있어 과전류 계전기의 설정값을 바꾸거나 차단기 등의 설비를 교체할 필요가 없게 된다.
Therefore, when selecting the optimum resistance value of the superconducting fault current limiter proposed in the present invention and installed in series with the distributed power supply, the fault current is connected by the resistance of the superconducting fault current limiter 130 according to ③ shown in FIG. Indicates that it can be reduced to the fault current level. Therefore, the operation time difference 150 can be returned to the distributed power supply connection, so that there is no need to change the set value of the overcurrent relay or replace equipment such as a breaker.

결론적으로, 임피던스 맵을 통해 차단기에 흐르는 전류를 계산할 수 있고, 계산된 전류값에 의해 고장위치에 따른 주보호 계전기와 후비보호 계전기간의 동작 시간차를 도 4에 의해 구할 수 있다. 따라서 분산전원 연계전의 동작 시간차를 얻기 위한 최적의 초전도 한류기(130)의 저항값을 결정할 수 있게 된다.
In conclusion, the current flowing through the breaker can be calculated through the impedance map, and the operation time difference between the main protection relay and the non-protection relay according to the fault location can be obtained by using the calculated current value. Therefore, it is possible to determine the optimal resistance value of the superconducting fault current limiter 130 to obtain the operating time difference before the distributed power supply.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments but may be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. Without departing from the gist of the invention claimed in the claims, it is intended that any person skilled in the art to which the present invention pertains falls within the scope of the claims described in the present invention to various extents which can be modified.

110 : 전원 120 : 풍력발전시스템
130 : 초전도 한류기 140 : 선로
150, 160 : 동작시간차110: power supply 120: wind power generation system
130: superconducting fault current limiter 140: track
150, 160: Operation time difference

Claims (5)

(a) 제어수단이 분산전원 연계시 전력계통의 고장에 따른 배전계통 모델을 입력받아 분석하는 단계;
(b) 상기 제어수단이 상기 배전계통 모델에 대응하는 전력계통의 고장위치에 따른 임피던스 맵을 작성하는 단계;
(c) 상기 제어수단이 작성된 상기 임피던스 맵에 기초하여 전력계통의 고장전류를 계산하는 단계;및
(d) 상기 제어수단이 계산된 고장 전류값에 기초하여 초전도 한류기의 저항값을 결정하는 단계를 포함하며,
상기 분산전원 연계시 기존의 주보호 계전기와 후비보호 계전기간의 보호협조를 유지하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기 저항값 결정방법.
(a) the control means receiving and analyzing a distribution system model according to a failure of a power system when a distributed power source is connected;
(b) generating, by the control means, an impedance map according to a failure location of a power system corresponding to the power distribution system model;
(c) calculating a fault current of a power system based on the impedance map prepared by the control means; and
(d) determining, by the control means, a resistance value of the superconducting fault current limiter based on the calculated fault current value,
Superconducting fault current limiter resistance value characterized in that to maintain the protection coordination between the existing main protection relay and the after-protection relay when the distributed power supply is connected.
제 1 항에 있어서,
상기 고장 전류값은 과전류 계전기에 흐르는 전류값인 것을 특징으로 하는 초전도 한류기 저항값 결정방법.
The method of claim 1,
The fault current value is a superconducting fault current limiter resistance value determination method, characterized in that the current flowing through the overcurrent relay.
제 1 항에 있어서,
상기 주보호 계전기와 상기 후비보호 계전기간의 동작시간 차이를 고려하여 상기 초전도 한류기의 저항값을 결정하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기 저항값 결정방법.
The method of claim 1,
And determining the resistance value of the superconducting fault current limiter in consideration of the difference in operating time between the main protection relay and the post-non-protection relay.
제 1 항에 있어서,
상기 초전도 한류기는,
상기 분산전원과 직렬로 연결되며, 임계전류 이상으로 고장전류가 발생하면 저항이 형성되어 고장전류를 감소시키는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기 저항값 결정방법.
The method of claim 1,
The superconducting fault current limiter,
Superconducting fault current limiter resistance value is connected in series with the distributed power supply, characterized in that the resistance is formed when a fault current occurs above the threshold current to reduce the fault current.
제 1 항에 있어서,
상기 (a)단계와 (b)단계 사이에 상기 제어수단이 상기 배전계통 모델을 분석하여 전력계통의 고장위치를 찾아내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 한류기 저항값 결정방법.The method of claim 1,
And determining, by the control means, the step of analyzing the distribution system model between the steps (a) and (b) to find a fault location of the power system.
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