KR20150028884A

KR20150028884A - 오동작 방지를 위한 전력기기

Info

Publication number: KR20150028884A
Application number: KR20130104330A
Authority: KR
Inventors: 박경원
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-03-17
Also published as: US9515480B2; US20150062767A1; EP2843782A1; CN104426116A; KR101514248B1

Abstract

본 명세서는 전력 계통에서 발생하는 서지(surge)가 전력기기에 유입할 때, 서지 신호인지 여부를 확인하여 보호기기의 오동작을 방지하는 전력기기에 관한 것이다. 이를 위하여 본 명세서에 개시된 전력기기의 일 실시예에 따른 보호 계전기는, 임의의 전력 계통에서 발생한 아날로그 신호를 수신하여 미리 설정된 샘플링 주기에 따라 샘플링하는 입력 변환부; 상기 입력 변환부로부터 출력되는 복수의 신호 중 어느 하나의 신호를 선택하여 출력하는 멀티플렉서; 상기 멀티플렉서로부터 출력되는 신호에 따라 서로 다른 게인값(gain value)을 설정하고, 상기 설정된 게인값으로 상기 멀티플렉서로부터 출력되는 신호를 증폭하는 PGA(Programmable Gain Amplifier); 상기 PGA로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터; 및 상기 디지털 신호로 변환된 복수의 샘플링 데이터를 근거로 상기 입력 변환부를 통해 수신된 상기 아날로그 신호에 서지 신호가 포함되어 있는지 확인하여, 상기 확인 결과에 따라 계전 기능의 수행 여부를 결정하는 제어부;를 포함한다.

Description

오동작 방지를 위한 전력기기{POWER EQUIPMENT FOR PREVENTING MAL-OPERATION}

본 명세서는 오동작 방지를 위한 전력기기에 관한 것으로, 특히 전력 계통에서 발생하는 서지(surge)가 전력기기에 유입할 때, 서지 신호인지 여부를 확인하여 보호기기의 오동작을 방지하는 전력기기에 관한 것이다.

일반적으로, 전력 계통은 발전기에서 생성된 전력을 수용가에 공급하기 위하여 여러 가지 전송 설비를 갖추고 있으며, 상기 발전기에서 생성된 전력은 중간에 여러 가지 송/수전 설비를 거쳐 수용가측에 공급된다.

또한, 전력 설비는 정상적인 전력의 흐름을 기준으로 설계되어 있으나, 고장이 발생하면 과전압, 부족전압, 과전류, 주파수 변동 등 수용가측에 공급 지장을 초래하고, 설비에도 악영향을 미치게 되므로, 고장 초기에 신속히 고장 구간을 분리하여 고장을 제거해야 한다.

이러한 고장을 감지하고 차단기에 차단 신호를 보내는 장치를 보호 계전기라 하며, 상기 보호 계전기가 과거의 유도형이나 정지형 계전기에서 디지털 계전기로 바뀌면서 더욱 광범위한 정정 범위를 갖고 정확한 범위의 전류를 검출할 것이 요구되고 있다.

이러한 상기 보호 계전기는, 전력 계통에서 발생한 서지(예를 들어, 뇌 서지 및, 개폐 서지 등 포함)가 상기 보호 계전기에 유입되면, 상기 서지를 신호(예를 들어, 전압 또는 전류)로 인식하여 계전 기능을 수행함에 따라, 상기 서지에 의해 계전 요소가 오동작하게 된다.

한국 특허 출원 번호 제10-2008-0038828호

본 명세서의 목적은, 전력 계통에서 발생하는 서지가 전력기기에 유입할 때 서지 신호인지 여부를 확인하는 오동작 방지를 위한 전력기기를 제공하는 데 있다.

본 명세서의 다른 목적은, 전력 계통으로부터 발생한 신호를 소정의 신호 처리를 수행하고, 상기 신호 처리된 신호를 샘플링하여, 상기 샘플링된 샘플 데이터를 근거로 서지 신호 여부를 확인하는 오동작 방지를 위한 전력기기를 제공하는 데 있다.

본 명세서의 실시예에 따른 전력기기는, 임의의 전력 계통에서 발생한 아날로그 신호를 수신하여 처리하는 전력기기에 있어서, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 획득한 복수의 샘플링 데이터 중에서, 연속하는 2개 이상의 샘플링 데이터를 근거로 복수의 기울기를 산출하고, 상기 산출된 복수의 기울기 간의 부호 변화 여부를 확인하여, 상기 산출된 복수의 기울기 간에 부호 변화가 있을 때, 상기 아날로그 신호에 서지 신호가 포함된 것으로 판단하여, 보호기기의 동작을 제어할 수 있다.

실시예에서, 상기 전력기기는, 보호 계전기, PMU(Phasor Measurement Unit) 및, 계측기 중 어느 하나일 수 있다.

실시예에서, 상기 보호 계전기는, 임의의 전력 계통에서 발생한 아날로그 신호를 수신하여 미리 설정된 샘플링 주기에 따라 샘플링하는 입력 변환부; 상기 입력 변환부로부터 출력되는 복수의 신호 중 어느 하나의 신호를 선택하여 출력하는 멀티플렉서; 상기 멀티플렉서로부터 출력되는 신호에 따라 서로 다른 게인값(gain value)을 설정하고, 상기 설정된 게인값으로 상기 멀티플렉서로부터 출력되는 신호를 증폭하는 PGA(Programmable Gain Amplifier); 상기 PGA로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터; 및 상기 디지털 신호로 변환된 복수의 샘플링 데이터를 근거로 상기 입력 변환부를 통해 수신된 상기 아날로그 신호에 서지 신호가 포함되어 있는지 확인하여, 상기 확인 결과에 따라 계전 기능의 수행 여부를 결정하는 제어부;를 포함할 수 있다.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 복수의 샘플링 데이터 중에서, 연속하는 2개 이상의 샘플링 데이터를 근거로 복수의 기울기를 산출할 수 있다.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 산출된 복수의 기울기 간의 부호 변화 여부를 확인할 수 있다.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 확인 결과, 상기 산출된 복수의 기울기 간에 부호 변화가 있을 때, 상기 아날로그 신호에 서지 신호가 포함된 것으로 판단하여, 상기 계전 기능 수행을 보류하고, 알람 정보를 생성하여 출력할 수 있다.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 확인 결과, 상기 산출된 복수의 기울기 간에 부호 변화가 없을 때, 상기 아날로그 신호에 서지 신호가 포함되지 않은 것으로 판단하여, 상기 계전 기능을 수행할 수 있다.

본 명세서의 실시예에 따른 전력기기는, 전력 계통에서 발생하는 서지가 전력기기에 유입할 때 서지 신호인지 여부를 확인함으로써, 전체 시스템의 성능 저하에 영향을 주지 않으면서 효율적으로 오동작을 방지할 수 있다.

또한, 본 명세서의 실시예에 따른 전력기기는, 전력 계통으로부터 발생한 신호를 소정의 신호 처리를 수행하고, 상기 신호 처리된 신호를 샘플링하여, 상기 샘플링된 샘플 데이터를 근거로 서지 신호 여부를 확인함으로써, 수신된 신호가 정상 상태(또는, 정상 신호)인 경우에만 계전 기능을 수행하여 계전 요소의 오동작을 방지할 수 있다.

도 1은 본 명세서에 개시된 전력기기의 일 실시예에 따른 보호 계전기(10)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 전력기기의 일 실시예에 따른 보호 계전기의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 전력기기의 일 실시예에 따른 기울기 간의 비교를 나타낸 도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 따른 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 명세서에 개시된 전력기기의 일 실시예에 따른 보호 계전기(10)의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 보호 계전기(10)는, 입력 변환부(100), 멀티플렉서(200), PGA(300), 아날로그-디지털 컨버터(400) 및, 제어부(500)로 구성된다. 도 1에 도시된 보호 계전기(10)의 구성 요소 모두가 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 1에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 보호 계전기(10)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성 요소에 의해서도 보호 계전기(10)가 구현될 수도 있다.

상기 입력 변환부(100)는, 임의의 전력 계통에서 발생한 아날로그 신호(예를 들어, 전압 또는 전류에 대응하는 신호)를 수신한다.

즉, 상기 입력 변환부(100)는, 상기 전력 계통에서 발생하여 전달되는 아날로그 신호를 수신한다.

또한, 상기 입력 변환부(100)는, 상기 수신된 아날로그 신호를 미리 설정된 샘플링 주기에 따라 샘플링하여 출력한다.

또한, 상기 입력 변환부(100)는, 다음 샘플이 얻어질 때까지 현재 샘플링된 데이터를 홀드한다.

상기 멀티플렉서(200)는, 상기 입력 변환부(100)로부터 출력되는 복수의 신호 중 어느 하나의 신호를 선택하여 출력한다.

상기 PGA(Programmable Gain Amplifier)(300)는, 상기 멀티플렉서(200)로부터 출력되는 신호에 따라 서로 다른 게인값(gain value)을 설정한다.

즉, 상기 PGA(300)는, 상기 멀티플렉서(200)로부터 출력되는 신호에 각각 대응하는 게인값을 설정(미리 저장)한다.

또한, 상기 PGA(300)는, 상기 설정된 게인값으로 상기 멀티플렉서(200)로부터 출력되는 신호를 증폭한다.

상기 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter : ADC)(400)는, 상기 PGA(300)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.

즉, 상기 아날로그-디지털 컨버터(400)는, 상기 PGA(300)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 샘플링 데이터를 출력한다.

상기 제어부(또는, Central Processing Unit : CPU, 중앙 처리 장치)(500)는, 상기 과전류 계전기(10)의 전반적인 동작을 제어한다.

또한, 상기 제어부(500)는, 상기 아날로그-디지털 컨버터(400)로부터 출력되는 디지털 신호로 변환된 복수의 샘플링 데이터를 근거로 상기 전력 계통으로부터 전달되어 상기 입력 변환부(100)를 통해 수신된 상기 아날로그 신호에 서지 신호가 포함되었는지 여부를 확인(또는, 판단)한다.

즉, 상기 제어부(500)는, 상기 복수의 샘플링 데이터 중에서, 연속하는 2개 이상의 샘플링 데이터를 근거로 복수의 기울기를 산출(또는, 계산)한다.

또한, 상기 제어부(500)는, 상기 산출된 복수의 기울기 간의 부호를 비교하여, 부호가 다른지 여부(또는, 부호 변화 여부)를 확인한다.

또한, 상기 제어부(500)는, 상기 확인 결과, 상기 입력 변환부(100)를 통해 수신된 상기 아날로그 신호에 상기 서지 신호가 포함된 것으로 확인되는 경우, 계전 기능 수행을 보류(또는, 중지)하고, 알람 정보를 생성하여 표시부(미도시) 및/또는 음성 출력부(미도시)를 통해 출력한다. 여기서, 상기 서지 신호는, 모든 주파수 대역을 포함한 신호이기에 저대역 필터를 사용하더라도 상기 아날로그-디지털 컨버터(400)까지 신호가 전달되어 상기 제어부(500)에서 해당 신호를 정상 신호로 인식하여 실효치 계산을 위한 샘플링 데이터로 간주할 수 있지만, 상기와 같이, 샘플링 데이터를 근거로 한 복수의 기울기 간의 부호 비교를 통해 서지 신호의 포함 여부를 확인하여, 오동작을 방지할 수 있다.

즉, 상기 제어부(500)는, 상기 산출된 복수의 기울기 간의 부호 비교 결과, 상기 복수의 기울기 간의 부호에 변화(또는, 변동)가 있는 경우, 상기 입력 변환부(100)를 통해 수신된 상기 아날로그 신호에 상기 서지 신호가 포함된 것으로 확인하여, 상기 계전 기능 수행을 보류(또는, 중지)하고, 상기 알람 정보를 생성하여 상기 표시부 및/또는 상기 음성 출력부를 통해 출력한다.

또한, 상기 제어부(500)는, 상기 확인 결과, 상기 입력 변환부(100)를 통해 수신된 상기 아날로그 신호에 상기 서지 신호가 포함되지 않은 것으로 확인되는 경우, 계전 기능을 정상적으로 수행한다.

즉, 상기 제어부(500)는, 상기 산출된 복수의 기울기 간의 부호 비교 결과, 상기 복수의 기울기 간의 부호에 변화가 없는 경우, 상기 입력 변환부(100)를 통해 수신된 상기 아날로그 신호에 상기 서지 신호가 포함되지 않고 정상 신호만이 포함된 것으로 확인하여, 상기 계전 기능을 정상적으로 수행한다.

또한, 상기 본 명세서에 개시된 전력기기의 일 실시예에서는, 상기 보호 계전기(또는, 보호 IED)(10)를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 보호 계전기뿐만 아니라, PMU(Phasor Measurement Unit) 및, 계측기 등의 전력기기에 상기 제어부의 기능(예를 들어, 상기 복수의 샘플링 데이터를 근거로, 연속하는 복수의 기울기를 산출하고, 상기 산출된 복수의 기울기 간의 부호 변화를 확인하여 서지 신호의 포함 여부를 확인하는 구성)을 적용하여, 해당 전력기기에 입력되는 서지 신호를 확인하여 해당 전력기기의 오동작을 방지할 수 있다.

이와 같이, 전력 계통에서 발생하는 서지가 보호 계전기에 유입할 때 서지 신호인지 여부를 확인할 수 있다.

또한, 이와 같이, 전력 계통으로부터 발생한 신호를 소정의 신호 처리를 수행하고, 상기 신호 처리된 신호를 샘플링하여, 상기 샘플링된 샘플 데이터를 근거로 서지 신호 여부를 확인할 수 있다.

이하에서는, 본 명세서에 따른 보호 계전기의 제어 방법을 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 명세서에 개시된 전력기기의 일 실시예에 따른 보호 계전기의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 입력 변환부(100)는, 임의의 전력 계통에서 발생한 아날로그 신호(예를 들어, 전압 또는 전류에 대응하는 신호)를 수신한다.

또한, 상기 입력 변환부(100)는, 다음 샘플이 얻어질 때까지 현재 샘플링된 데이터를 홀드한다(S210).

이후, 멀티플렉서(200)는, 상기 입력 변환부(100)로부터 출력되는 복수의 신호 중 어느 하나의 신호를 선택하여 출력한다(S220).

이후, PGA(300)는, 상기 멀티플렉서(200)로부터 출력되는 신호에 따라 서로 다른 게인값을 설정한 후, 상기 설정된 게인값으로 상기 멀티플렉서(200)에서 출력하는 신호를 증폭하여 출력한다(S230).

이후, 아날로그-디지털 컨버터(400)는, 상기 PGA(300)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다(S240).

이후, 제어부(500)는, 상기 아날로그-디지털 컨버터(400)로부터 출력되는 디지털 신호로 변환된 복수의 샘플링 데이터를 근거로 상기 전력 계통으로부터 전달되어 상기 입력 변환부(100)를 통해 수신된 상기 아날로그 신호에 서지 신호가 포함되었는지 여부를 확인(또는, 판단)한다.

즉, 상기 제어부(500)는, 상기 아날로그-디지털 컨버터(400)로부터 출력되는 상기 디지털 신호로 변환된 복수의 샘플링 데이터 중에서, 연속하는 2개 이상의 샘플링 데이터를 근거로 복수의 기울기를 산출(또는, 계산)한다. 또한, 상기 제어부(500)는, 상기 산출된 복수의 기울기 간의 부호를 비교하여, 부호가 다른지 여부(또는, 부호 변화 여부)를 확인한다.

일 예로, 상기 제어부(500)는, 상기 디지털 신호로 변환된 제1 내지 제5의 샘플링 데이터 중에서, 제1 내지 제3 샘플링 데이터를 근거로 제1 기울기를 산출하고, 제2 내지 제4 샘플링 데이터를 근거로 제2 기울기를 산출하고, 제3 내지 제5 샘플링 데이터를 근거로 제3 기울기를 산출한다. 이후, 상기 제어부(500)는, 상기 산출된 제1 기울기, 제2 기울기 및, 제3 기울기 간의 부호를 비교하여, 부호가 다른지(또는, 부호가 변화/변경되었는지) 여부를 확인한다(S250).

이후, 상기 제어부(500)는, 상기 확인 결과, 상기 입력 변환부(100)를 통해 수신된 상기 아날로그 신호에 상기 서지 신호가 포함된 것으로 확인되는 경우, 계전 기능 수행을 보류(또는, 중지)하고, 알람 정보를 생성하여 출력한다.

일 예로, 상기 제어부(500)는, 상기 산출된 제1 기울기, 제2 기울기 및, 제3 기울기 간의 부호 변경 여부를 확인한 결과, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 산출된 제1 기울기(slope 1)(310)가 '+'이고, 상기 제2 기울기(slope 2)(320)가 '-'이고, 상기 제3 기울기가 '-'로, 상기 연속된 기울기 간에 부호 변경이 확인될 때, 상기 입력 변환부(100)를 통해 수신된 상기 아날로그 신호에 상기 서지 신호가 포함된 것으로 판단하여, 계전 기능 수행을 보류하고, 상기 알람 정보를 생성하여 표시부(미도시) 및/또는 음성 출력부(미도시)를 통해 출력한다(S260).

일 예로, 상기 제어부(500)는, 상기 산출된 제1 기울기, 제2 기울기 및, 제3 기울기 간의 부호 변경 여부를 확인한 결과, 상기 산출된 제1 기울기, 제2 기울기 및, 제3 기울기가 모두 +(또는, -)로 동일할 때, 상기 입력 변환부(100)를 통해 수신된 상기 아날로그 신호에 상기 서지 신호가 포함되지 않은 것으로 판단하여 즉, 상기 수신된 아날로그 신호에 모두 정상 신호만 포함된 것으로 판단하여, 상기 계전 기능을 수행한다(S270).

본 명세서의 실시예는 앞서 설명한 바와 같이, 전력 계통에서 발생하는 서지가 전력기기에 유입할 때 서지 신호인지 여부를 확인하여, 전체 시스템의 성능 저하에 영향을 주지 않으면서 효율적으로 오동작을 방지할 수 있다.

또한, 본 명세서의 실시예는 앞서 설명한 바와 같이, 전력 계통으로부터 발난 신호를 소정의 신호 처리를 수행하고, 상기 신호 처리된 신호를 샘플링하여, 상기 샘플링된 샘플 데이터를 근거로 서지 신호 여부를 확인하여, 수신된 신호가 정상 상태(또는, 정상 신호)인 경우에만 계전 기능을 수행하여 계전 요소의 오동작을 방지할 수 있다.

전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 보호 계전기 100: 입력 변환부
200: 멀티플렉서 300: PGA
400: 아날로그-디지털 컨버터 500: 제어부

Claims

임의의 전력 계통에서 발생한 아날로그 신호를 수신하여 처리하는 전력기기에 있어서,
상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 획득한 복수의 샘플링 데이터 중에서, 연속하는 2개 이상의 샘플링 데이터를 근거로 복수의 기울기를 산출하고, 상기 산출된 복수의 기울기 간의 부호 변화 여부를 확인하여, 상기 산출된 복수의 기울기 간에 부호 변화가 있을 때, 상기 아날로그 신호에 서지 신호가 포함된 것으로 판단하여, 보호기기의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 오동작 방지를 위한 전력기기.
제1항에 있어서,
상기 전력기기는,
보호 계전기, PMU(Phasor Measurement Unit) 및, 계측기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 오동작 방지를 위한 전력기기.
제2항에 있어서,
상기 보호계전기는,
상기 아날로그 신호를 수신하여 미리 설정된 샘플링 주기에 따라 샘플링하는 입력 변환부;
상기 입력 변환부로부터 출력되는 복수의 신호 중 어느 하나의 신호를 선택하여 출력하는 멀티플렉서;
상기 멀티플렉서로부터 출력되는 신호에 따라 서로 다른 게인값(gain value)을 설정하고, 상기 설정된 게인값으로 상기 멀티플렉서로부터 출력되는 신호를 증폭하는 PGA(Programmable Gain Amplifier);
상기 PGA로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터; 및
상기 디지털 신호로 변환된 복수의 샘플링 데이터를 근거로 상기 입력 변환부를 통해 수신된 상기 아날로그 신호에 서지 신호가 포함되어 있는지 확인하여, 상기 확인 결과에 따라 계전 기능의 수행 여부를 결정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오동작 방지를 위한 전력기기.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 복수의 샘플링 데이터 중에서, 연속하는 2개 이상의 샘플링 데이터를 근거로 복수의 기울기를 산출하는 것을 특징으로 하는 오동작 방지를 위한 전력기기.
제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 산출된 복수의 기울기 간의 부호 변화 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 오동작 방지를 위한 전력기기.
제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 확인 결과, 상기 산출된 복수의 기울기 간에 부호 변화가 있을 때, 상기 아날로그 신호에 서지 신호가 포함된 것으로 판단하여, 상기 계전 기능 수행을 보류하고, 알람 정보를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 하는 오동작 방지를 위한 전력기기.
제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 확인 결과, 상기 산출된 복수의 기울기 간에 부호 변화가 없을 때, 상기 아날로그 신호에 서지 신호가 포함되지 않은 것으로 판단하여, 상기 계전 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 오동작 방지를 위한 전력기기.