KR20150037414A

KR20150037414A - 분산 전원이 연계된 배전 계통의 자동 고장 처리 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20150037414A
Application number: KR20130116968A
Authority: KR
Inventors: 권성철; 김상옥; 엄주현; 박상호
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-04-08
Also published as: KR102099568B1

Abstract

본 발명의 일 실시예는 배전 계통의 자동 고장 처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 배선 자동화 단말 장치에 의한 고장 발생 정보의 오류 발생 가능성을 낮추고, 구간 부하 부등률 및 분산 전원의 영향을 고려하여 구간 부하 처리 오류 발생 가능성과 고장 복구해 도출 오류 발생 가능성을 낮추며, 개폐기 상태를 고려하여 고장 복구 시퀀스 수행 시 오류 발생 가능성을 낮출 수 있는 분산 전원이 연계된 배전 계통의 자동 고장 처리 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 다수의 배전 자동화 단말 장치로부터 수신된 배전 선로의 고장 발생 정보 중 오류 고장 발생 정보를 필터링하여 제거하는 고장 발생 정보 필터링부; 상기 필터링되고 남은 고장 발생 정보를 이용하여 고장 구간을 판정하는 고장 구간 판정부; 상기 고장 구간에 대한 고장 복구해를 도출하는 고장 복구해 도출부; 및, 상기 고장 복구해 중 조작 예외 사항을 처리하는 조작 예외 사항 처리부를 포함하는 분산 전원이 연계된 배전 계통의 자동 고장 처리 장치 및 그 방법을 개시한다.

Description

분산 전원이 연계된 배전 계통의 자동 고장 처리 장치 및 그 방법{Fault management device for distribution network interconnected with distributed generator and method thereof}

본 발명의 일 실시예는 분산 전원이 연계된 배전 계통의 자동 고장 처리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

종래의 배전 계통에서의 고장 처리 방법이 도 1에 도시되어 있다. 도 1에서 볼 수 있는 것처럼 종래의 경우 배전 선로에 설치되어 선로의 전압과 전류 등의 데이터를 취득하는 배전 자동화 단말 장치(FRTU;Feeder Remote Terminal Unit)(11)에 의해 고장 전류가 계측되고, 이 배전 자동화 단말 장치(11)는 전류가 일정 수준 이상이고, 전압이 일정 수준(50%) 이하이면 고장 발생 조건이 만족한 것으로 판단하여 고장 감지 신호(FI;Fault Indication)를 상위의 계측 서버인 전단 처리 장치(FEP;Front End Processor)(12)에 전송한다. 전단 처리 장치(12)로 전송된 FI 신호는 배전 자동화 메인 서버(13)에 전송되어 저장되고, 고장 발생 알람이 운영자의 HMI(14)에 전송·표출되어 운영자에게 전달된다.

운영자가 고장 발생 알람을 확인한 후의 절차가 도 2에 도시되어 있다. 먼저 고장 발생 알람을 확인하면 각 배전 자동화 단말 장치(FRTU)에서 운영자에게 전송된 고장 발생 정보(FI)의 유무에 의해 고장 발생 위치를 추정한다. 이때 일반 방사상 선로에서는 고장 발생 정보(FI)가 최종 발생한 배전 자동화 단말 장치(FRTU) 이후 구간을 고장 구간으로 판단하게 된다. 고장 구간을 판단한 후 고장 구간의 전원측과 부하측의 배전 자동화 단말 장치(FRTU)를 개방하여 고장 발생 지점을 다른 구간과 단절하여 고장 구간을 분리하게 된다. 고장 구간을 분리한 후 고장 발생에 의하여 동작한 고장 구간 전원측의 변전소 배전 선로 차단기(CB;Circuit Breaker) 혹은 선로용 리클로져(Recloser)를 다시 투입하여 고장 구간의 전원측 구간에 전력을 공급한다. 고장 구간 부하측 부하에 대해서는 해당 구간의 연계선로의 개수와 이 연계선로의 운전 상태에 따라 최적의 연계선로를 탐색하고 이 연계선로로 고장 구간 부하측 구간인 건전 구간을 절체하는 시퀀스 해를 도출한다. 이 도출된 해에 따라 배전 자동화 개폐기를 조작하여 건전 구간을 최적 연계선로로 절체함으로써 고장 복구 절차를 완료하게 된다.

종래 고장 처리 방법과 그 구조의 문제점을 요약하면 다음과 같다.

1) 배전 자동화 단말 장치(FRTU)에 의한 고장 발생 정보(FI)의 오류 발생 가능성

배전 선로에서 발생할 수 있는 고장 종류는 크게 단락 고장과 지락 고장이 있는데, 단락 고장은 고장 전류가 평형이라 크게 고장 발생 정보(FI)의 오류 발생 가능성이 매우 낮다. 반면에 배전 선로 고장의 약 70%를 차지하는 지락 고장에서는 고장 지점에서 전원까지의 전원측 구간(Upstream) 뿐만 아니라 고장 구간 이후의 구간에 대해서도 3상 불평형 전류가 흐르게 되어 이로 인해 고장 구간 이후에 있는 중성선(N상) 고장 표시기가 오동작 하게 된다. 예를 들면 A상 지락 고장이 발생하였을 경우를 가정하면 고장 구간 이전의 선로(전원측 구간)에는 A상으로 큰 고장 전류가 흐르게 되고, 이 큰 고장 전류로 인해 선로는 불평형 상태가 된다. 따라서 불평형 상태인 1선 지락 고장 시 전류의 합은 0이 아니라 고장점에서 대지로 빠져나가는 전류값이 되고 이는 중성선(N상)에 흐르는 전류가 된다. 고장 구간 이후에 연결되어 있는 선로에는 A상의 전류가 거의 흐르지 않기 때문에 부하측 또한 3상 불평형 상태가 되고, N상에 3상 불평형 전류가 흐르게 된다. 이러한 불평형 전류로 인해 고장 구간 이후에 설치되어 있는 배전 자동화 단말 장치에서 N상에 고장 발생 정보를 발생하여 운영자에게 전달하게 된다. 이런 오류 고장 발생 정보가 운영자에게 전달되면 이 오류 고장 발생 정보를 이용하여 고장 구간을 판단할 때 고장 구간을 잘못 판단하게 되어 고장 구간을 분리하고, 건전 구간을 절체하는 고장 처리 시간이 지연되어 수용가에 고장 지속 시간이 길어지고, 정전 비용이 증가하게 된다.

또한 최근 배전 선로에 연계가 증가하고 있는 분산 전원에 의해 이러한 고장 발생 정보(FI)의 오류를 더 가중시키는 현상이 발생하게 된다. 예를 들면 분산 전원이 연계된 선로에 고장이 발생하게 되면, 분산 전원이 고장 전류 흐름에 기여를 하게 되어 분산 전원이 연계되지 않았을 때 고장 발생 정보(FI)가 발생하지 않던 고장 구간 부하측 구간에서도 분산 전원이 연계되었을 때 분산 전원의 연계 위치가 고장 구간 부하측일 경우에는 고장 구간 부하측 구간에서도 고장 발생 정보(FI)가 발생할 수 있다. 이 또한 운영자의 고장 구간 판정에 혼란을 가져와서 고장 구간을 잘못 판단하게 될 수 있고, 이에 의하여 고장 발생 선로의 수용가에 피해와 정전 비용이 증가하게 되는 현상을 초래하게 된다.

2) 구간 부하 부등률 및 분산 전원 영향 미고려에 따른 구간 부하 처리 오류 발생

배전 선로에 발생하는 고장을 처리하기 위해서 운영자는 고장 발생 구간 부하측 구간의 부하를 정확하게 알고 있어야지 이 구간들을 절체시켰을 때 이 구간들을 연계받는 선로에서 허용 전류를 초과하지 않는지, 전압 강하가 기준범위에 들어오는 지를 판단하여 최적 연계선로를 선택할 수 있게 된다. 이를 위하여 종래의 방법은 배전 자동화 단말 장치에서 측정한 개폐기 전류를 이용하여 배전 선로의 방사상 특성상 배전 선로에 흐르는 전류는 전원측에서 부하측과 말단으로 갈수록 전류값이 감소하는 특성을 이용하여 한 구간의 전원측 단말 장치의 측정 전류에서 부하측 단말 장치의 측정 전류를 빼서 구간 부하를 저장하고, 이렇게 저장된 개별구간의 주중 및 휴일 최대치만을 저장하기 때문에 각 구간마다의 구간 부하 부등률 편차를 고려하지 않고 있어서 과도한 구간 부하량이 산정될수 있게 된다.

또한 이렇게 전원측 계측 전류에서 부하측 계측 전류를 단순 뺄셈으로 계산하여 분산 전원이 연계된 배전 선로에서 발생할 수 있는 분산 전원이 연계된 구간에서 전류가 유입될 수 있기 때문에 계폐기에서의 측정 전류의 방향이 고려되지 않으면 구간 부하가 실제보다 크게 산정될 수 있게 된다.

이러한 구간 부하의 부등률 및 분산 전원에 의한 전류의 방향성 미고려에 의하여 구간 부하가 과도하게 산정될 수 있어서 고장 처리의 해를 구할 때 최적해를 구하지 못하는 문제가 발생할 수 있게 되고, 이로 인해 운영자가 고장 처리를 수행하지 못하게 되어 고장 지속 시간 증가로 인하여 고장 발생 선로의 수용가에 피해와 정전 비용이 증가하게 되는 현상을 초래하게 된다.

3) 분산 전원 미고려에 따른 고장 복구 해 도출 오류 발생 가능성

고장 처리를 수행할 때 고장 구간의 부하측 구간인 건전구간이 연계된 선로 중에 최적인 선로를 선정하여 건전 구간 복구를 위한 개폐기 조작 시퀀스를 수행할 때 최적해를 선정하기 위하여는 건전 구간을 절체받아 해당 연계선로로 부하를 넘겼을 때 해당 연계선로에서의 허용 용량과 전압 강하가 기준범위를 넘지 않는 것을 계산하여 이를 근거로 다수의 연계선로의 우선순위를 선정하게 되고, 우선순위가 높은 연계선로로 개폐기를 조작하여 건전 구간 복구를 수행하게 된다. 이때 허용 용량과 전압 강하를 계산할 때 단순히 건전 구간의 구간 부하를 연계선로의 구간 부하 합과 더하게 되고, 전압 강하는 방사상 배전 계통을 가정하여 계산하게 된다.

그러나, 분산 전원이 연계된 배전 선로에서는 문제가 조금 복잡하게 된다. 고장 구간의 부하측 건전 구간에 분산 전원이 연계되어 있을 경우에는 이 구간이 절체되어 연계선로로 넘어가게 될 경우에는 분산 전원의 출력에 따라 연계선로에서의 절체 위치에 따라 절체를 받는 연계선로의 부하 상황에 따라 과전압 등 전압문제가 발생할 수 있게 되고, 또한 분산 전원 출력에 따라 연계선로의 허용 용량을 증대될 수도 있다. 따라서 분산 전원을 고려하여 최적 연계선로를 선정되지 않는 경우에는 분산 전원이 포함된 건전 구간을 절체받는 연계선로에서 과전압 등 선로 운영상 문제가 발생할 수 있게 되고, 이로 인하여 연계선로의 수용가의 전기기기의 오동작을 야기할 수 있게 된다.

4) 개폐기 상태 미고려에 따른 고장 복구 시퀀스 수행시 오류 발생 가능성

연계선로의 우선순위가 결정되고, 최적 고장 복구 시퀀스가 계산된 후 운영자는 이 시퀀스에 따라 순서대로 배전 자동화 개폐기를 조작하게 된다. 이때 고장 복구 시퀀스 수행 시의 개폐기 상태를 고려하지 않기 때문에 고장 복구 시퀀스 수행시 개폐기 조작실패 및 연계선로의 보호기기 동작 등의 오류가 발생할 수 있다. 예를 들면 조작 대상 개폐기의 축전지 상태 불량, 개폐기 가스압 저하 등의 개폐기 상태 정보를 반영하지 않게 되면, 시퀀스 수행시 이러한 원인으로 인하여 개폐기의 투·개방 조작이 실패할 가능성이 높게 된다. 또한 연계선로의 보호기기의 고장 검출 억제기능이 조작되어 있지 않으면 건전구간을 절체할 때 갑작스런 부하증가로 인한 돌입전류와 같은 현상의 발생으로 연계선로의 보호기기가 동작하여 연계선로의 전력공급이 중단될 수 있다. 따라서 이러한 개폐기의 현재 상태 고려 및 연계선로의 보호기기의 기능설정이 고려되어야 한다.

또한, 고장 복구 시퀀스에 해당하는 대상 개폐기를 조작할 때, 순간적인 통신 불량 등의 이유로 개폐기 조작이 불가할 수 있고, 이로 인하여 기존에 도출한 고장 처리 개폐기 조작 시퀀스가 적합하지 않을 수 있고, 조작 시퀀스를 재산정해야 하는 경우가 발생하게 된다. 예를 들면, 발생한 고장으로 정전 구역이 2개 발생한 경우에 하나의 정전 구역은 복구가 완료된 후 다른 정전 구역의 절체 시 개폐기 조작 실패로 더 이상 시퀀스를 진행하기 어려울 경우 운영자가 현재의 개폐기 조작 및 선로 연계 상태를 파악하여 재조작을 수행해야 하는데, 긴급한 고장 처리 수행시 긴장감과 운영자의 당황으로 인적 오류 발생 가능성이 높아지고, 이로 인하여 오조작의 가능성이 높아진다.

따라서, 고장 처리 개폐기 조작 시 현재의 개폐기 상태의 반영과 시퀀스 조작 시 실패의 가능성에 대비하지 않으면 고장 처리 조작 중간에 조작 시퀀스 절차의 수행이 어려워지고 이로 인한여 고장 지속시간 및 수용가의 정전 비용이 증가하게 된다.

이러한 사례에 대하여 다양한 분산 전원 용량이 연계되었을 경우 연계선로의 긍장 및 부하 조건에 따라 정전 복구를 수행하였을 경우 연계선로의 운전 조건 위반 사례를 살펴보면 도 3a 내지 도 3c와 같다.

먼저 도 3a의 배전 계통도에서 보면 A 선로에 분산 전원(DG1)이 연계되어 있고, C 선로에 분산 전원(DG2) 및 부하가 연계되어 있다고 가정할 경우, A 선로에서 고장이 발생하면 A 선로 섹션(Section) C를 C 선로로 연계하여 건전한 구간에 원활히 전력을 공급해야 한다. 이때 연계받는 C 선로의 DG 용량과 부하 조건, 긍장에 따라 연계시 발생할 수 있는 전압과 전류의 값을 시뮬레이션 하면, 도 3b에서와 같은 표를 얻을 수 있다. 도 3b를 살펴보면 전압 칼럼에 음영으로 표현된 부분이 연계로 인하여 선로 전압 유지 범위를 넘어서 운전 조건이 위반된 경우를 나타내고, 전류 칼럼에서도 마찬가지로 음영으로 표현된 부분이 연계로 인하여 선로 허용 전류를 넘어서 운전 조건이 위반되는 경우를 나타내고 있다. 이렇게 분산 전원을 고려하지 않고 정전 복구 방안을 수립하였을 경우 배전 선로 운전 조건이 위반될 수 있는 가능성이 높다는 것을 의미하고, 이를 해결하기 위하여 분산 전원을 고려하여 정전 복구 방안을 수립하여야 안정적인 배전 선로를 운영할 수 있다. 즉, 선로 전압과 전류를 규정 전압과 전류 범위내로 유지할 수 있다. 이는 도 3c에 도시되어 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 규격 하한과 규격 상한이 선로 전압을 유지하여야 하는 범위를 나타내고 있다. 일반적으로 0.95 ~ 1.05 (pu)로 유지하여야 하는 데, 분산 전원 용량과 선로 조건을 변동시켜서 시뮬레이션해보면, 전압 규격 상한을 넘는 경우가 다수 발생하는 것을 볼 수 있다.

전술한 바와 같이 배전 계통 고장 처리시 종래 기술의 문제점은 4가지로 요약될수 있다. 첫째 배전 자동화 단말 장치 고장 발생 정보(FI)의 오류 발생에 따른 처리 문제, 둘째, 배전 선로 구간 부하의 부등률 및 분산 전원 영향을 고려하지 않은 구간 부하 오류 처리 문제, 셋째 분산 전원 미고려로 인한 정전 복구해 도출 오류 처리 문제 그리고 마지막 넷째 배전 자동화 개폐기 현재 상태 미고려 및 고장 복구 시퀀스 수행 중 예외 사항 발생 미고려에 따른 처리 문제 등으로 나눌 수 있다. 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 원리를 요약하면 다음과 같다.

(가) 배전 자동화 단말 장치 고장 발생 정보(FI)의 오류 발생에 따른 처리 문제

배전 선로에서 고장 발생 시 배전 자동화 단말 장치의 고장 발생 정보(FI)의 오류 처리 문제는 룰베이스(rule-based) 추론 엔진을 이용한 고장 발생 정보(FI) 필터링 단계를 통하여 운영자가 오류 FI를 필터링하여 정확한 고장 구간을 제시함으로써 운영자가 고장 구간 판정 오류로 인한 오조작을 수행하지 않도록 하였다.

(나) 배전 선로 구간 부하의 부등률 및 분산 전원 영향을 고려하지 않은 구간 부하 오류 처리 문제

고장 발생전 상시 운전 시 배전 선로의 구간 부하를 저장하여 고장 처리 시 사용하는 구간 부하에 있어서 이에 대한 부등률 및 분산 전원을 고려하지 않음으로써 발생하는 고장 처리 해 도출의 오류는 기존 배전 선로 모델링 시 반영되지 않았던 분산 전원을 부하와 함께 모델링을 하고, 부하 전류의 방향과 그 양을 반영하고, 구간 부하를 패턴으로 관리함으로써 구간 부하의 부등률 미고려에 의한 구간 부하 계산의 오류를 해결하였다. 이를 위하여 본 발명에서는 배전 선로 구간 모델링을 세분화하여 부하 및 분산 전원을 반영하여 구간 부하를 계산하고, 구간 부하의 패턴 관리 및 생성하는 단계를 추가하였다.

(다) 분산 전원 미고려로 인한 정전 복구해 도출 오류 처리 문제

분산 전원 미고려로 인하여 정전 복구해의 도출 과정에서 발생하는 오류 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 정전 복구해를 도출하기 전 단계에 조류 계산 단계를 추가하여 조류 계산을 수행하고, 이를 통하여 계산된 연계선로의 허용 전류 및 전압 강하 값을 이용하여 연계선로 우선 순위를 판정하였다.

(라) 배전 자동화 개폐기 현재 상태 미고려 및 고장 복구 시퀀스 수행 중 예외 사항 발생 미고려에 따른 처리 문제

배전 선로 고장 복구를 위하여 고장 복구 시쿼스 수행 중 발생하는 예외 사항을 사전에 방지하고, 발생한 예외 사항을 처리하기 위하여 조작 불가 개폐기 목록을 생성하여 이 목록을 이용하여 이를 제외한 고장 복구 시퀀스를 생성한다. 또한 고장 복구 시퀀스 수행 중 발생한 예외 사항 처리를 위하여 고장 복구 시퀀스를 각 단계별로 세분화하여 예외 사항 처리 및 복구해 재산정 단계를 추가하여 해결하였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전 계통의 자동 고장 처리 장치는 다수의 배전 자동화 단말 장치로부터 수신된 배전 선로의 고장 발생 정보 중 오류 고장 발생 정보를 필터링하여 제거하는 고장 발생 정보 필터링부; 상기 필터링되고 남은 고장 발생 정보를 이용하여 고장 구간을 판정하는 고장 구간 판정부; 상기 고장 구간에 대한 고장 복구해를 도출하는 고장 복구해 도출부; 및, 상기 고장 복구해 중 조작 예외 사항을 처리하는 조작 예외 사항 처리부를 포함한다.

상기 고장 발생 정보 필터링부는 상기 배전 자동화 단말 장치에서 상기 고장 발생 정보 감지 시 상위 중앙 제어 장치로 전송하는 고장 전류 크기와 고장 전류 방향을 이용할 수 있다.

상기 고장 발생 정보 필터링부는 고장 선로의 차단기로부터 로크아웃 신호를 수신하면, 상기 차단기의 부하측 개폐기를 탐색하여, 상기 부하측 개폐기로부터 고장 발생 정보가 발생하였는지 확인하고, 상기 부하측 개폐기로부터 발생된 고장 발생 정보 중 상기 오류 고장 발생 정보를 필터링하며, 상기 고장 구간 판정부는 상기 필터링되고 남은 고장 발생 정보를 이용하여 상기 차단기의 부하측 개폐기중에서 고장 발생 정보를 발생시킨 개폐기 중 가장 말단에 위치하는 차단기의 부하측 개폐기를 고장 구간의 전원측 개폐기로 지정하고, 상기 전원측 개폐기의 부하측 계폐기를 고장 구간의 부하측 개폐기로 지정할 수 있다.

본 발명은 상기 배전 선로의 구간 부하 부등률 및 분산 전원의 영향을 반영하여 구간 부하를 계산하는 구간 부하 계산부 및 부하 패턴을 생성하는 부하 패턴 생성부를 더 포함할 수 있다.

상기 구간 부하 계산부는 다수의 배전 자동화 단말 장치가 연결된 현장 단말 장치 데이터 처리 장치에서 주기적으로 개폐기의 현장 전류를 동기화하여 측정하고, 상기 동기화된 개폐기 측정 전류를 저장 데이터베이스에 저장하며, 상기 저장 데이터베이스에 저장된 주기를 갖고 동기화된 개폐기 측정 전류를 이용하여 구간 부하를 계산 및 보정하고, 이를 상기 저장 데이터베이스에 저장하며, 상기 부하 패턴 생성부는 상기 구간 부하 패턴을 도출하여 상기 저장 데이터베이스에 저장할 수 있다.

상기 배전 자동화 단말 장치 당 하나씩 부하 전류를 동시에 측정하여 동기화하고, 상기 동기화된 측정을 통하여 부등률을 제거할 수 있다.

조류 계산을 수행하는 조류 계산부를 더 포함하고, 상기 고장 복구해 도출부에서 상기 조류 계산부로부터 계산된 허용 전류 및 전압 변동 값을 이용하여 연계선로 우선 순위를 결정할 수 있다.

상기 조작 예외 사항 처리부는 조작 불가 개폐기 목록을 생성하고, 상기 목록을 이용하여 상기 조작 불가 개폐기를 제외한 고장 복구 시퀀스를 생성할 수 있다.

상기 목록은 제어 금지 개폐기, 수동 제어 개폐기, 갱신 금지 개폐기, 통신 불량 개폐기, 가스압 저하 개폐기, 자기 진단 에러 개폐기 또는 축전지 과방전 개폐기 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분산 전원이 연계된 배전 계통의 자동 고장 처리 방법은 다수의 배전 자동화 단말 장치로부터 수신된 배전 선로의 고장 발생 정보 중 오류 고장 발생 정보를 필터링하여 제거하는 고장 발생 정보 필터링 단계; 상기 필터링되고 남은 고장 발생 정보를 이용하여 고장 구간을 판정하는 고장 구간 판정 단계; 상기 고장 구간에 대한 고장 복구해를 도출하는 고장 복구해 도출 단계; 및, 상기 고장 복구해 중 조작 예외 사항을 처리하는 조작 예외 사항 처리 단계를 포함한다.

본 발명에서는 분산 전원으로 인한 고장 처리 시 발생하는 오류를 해소하기 위하여 개선된 고장 처리 장치 및 그 방법을 제안하였다. 본 발명에서 제시된 배전 자동화 단말 장치 고장 신호 필터링을 통한 고장 구간 판정 방법, 분산 전원을 이용한 구간 부하 모델링과 이를 통한 부하 패턴 생성 방법, 분산 전원이 연계된 배전 선로에서의 고장 복구를 위하여 조류 계산을 통한 최적 복구해 도출 방법 및 고장 복구를 위하여 개폐기 조작을 수행할 때 발생하는 예외 사항 처리 방법으로 구성된 고장 복구 프로세스를 적용한 스마트 배전 운영 시스템을 통하여 분산 전원이 연계된 배전 선로에서의 고장 복구에 대한 오류를 제거할 수 있다.

본 발명은 다음과 같은 기술적 효과를 가질 수 있다.

1) 배전 자동화 FRTU에서 송신하는 고장 발생 정보(FI)의 필터링을 통하여 기존의 방식에 비해 비교적 정확한 고장 구간을 판정할 수 있다.

2) 구간 부하의 정확한 모델링과 부하 패턴 생성 및 조류 계산을 통한 최적 복구해 도출 방법을 통하여 정확한 최적 복구해를 도출할 수 있다.

3) 고장 복구를 위하여 개폐기 조작을 수행할 때 발생하는 예외 사항에 대한 처리 방법을 제시함으로써 운영자의 개폐기 조작 시 발생할 수 있는 인적 오류를 감소시킬 수 있다.

본 발명은 다음과 같은 경제적 효과를 가질 수 있다.

1) 기존 방식에 비해 운영자의 고장 구간 탐색 시간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 자동 고장 처리를 수행하기 위한 고장 복구 프로세스의 자동화를 통하여 고장 시간을 대폭 줄일 수 있어 정전 지속 시간 등 SAIDI(System Average Interruption Duration Index) 등 배전 계통의 신뢰도를 향상 시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 고장 처리 장치 구성도를 도시한 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 고장 처리 흐름도를 도시한 개략도이다.
도 3a는 종래 기술에서 데이터 측정 상태를 도시한 것이고, 도 3b는 데이터 수집 결과를 도시한 것이며, 도 3c는 전압 공정 능력을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 고장 복구 전체 흐름도 및 장치 구성을 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 고장 정보 필터링 프로세스를 도시한 표이다.
도 6은 본 발명에 따른 고장 정보(FI) 필터링 프로세스를 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 구간 부하 계산 및 패턴 도출 프로세스를 도시한 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따른 균등 분포 부하 모델링의 예를 도시한 개략도이다.
도 9는 본 발명에 따른 최적 고장 복구 방안 도출 프로세스를 도시한 개략도이다.
도 10은 본 발명에 따른 고장 복구 조작 실행 시 예외 사항 처리 흐름도를 도시한 개략도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

도 4는 본 발명에 따른 고장 복구 전체 흐름도 및 장치 구성을 도시한 개략도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배전 계통의 자동 고장 처리 방법(장치)(100)은 다수의 배전 자동화 단말 장치(110) 및 현장 단말 장치 데이터 처리 장치(120)로부터 수신된 배전 선로의 고장 발생 정보 중 오류 고장 발생 정보를 필터링하여 제거하는 고장 발생 정보 필터링 단계(고장 발생 정보 필터링부(131)); 필터링되고 남은 고장 발생 정보를 이용하여 고장 구간을 판정하는 고장 구간 판정 단계(고장 구간 판정부(132)); 고장 구간에 대한 고장 복구 최적해를 도출하는 고장 복구 최적해 도출 단계(고장 복구 최적해 도출부(133)); 고장 복구 최적해 중 조작 예외 사항을 처리하는 조작 예외 사항 처리 단계(조작 예외 사항 처리부(134)); 다수의 배전 자동화 단말 장치(110) 및 현장 단말 장치 데이터 처리 장치(120)로부터 얻은 정보에 의해 배전 선로의 구간 부하 부등률 및 분산 전원의 영향을 반영하여 구간 부하를 계산하는 구간 부하 계산 단계(구간 부하 계산부(135)); 부하 패턴을 생성하는 부하 패턴 생성 단계(부하 패턴 생성부(136))를 포함한다. 여기서, 본 발명은 구간 부하와 부하 패턴을 저장하는 저장 데이터베이스(137)를 더 포함하며, 이러한 저장 데이터베이스(137)에 저장된 정보는 고장 복구 최적해 도출부(133)에 제공된다.

여기서, 고장 발생 정보 필터링부(131), 고장 구간 판정부(132), 고장 복구 최적해 도출부(133), 조작 예외 사항 처리부(134), 분산 전원 고려 구간 부하 계산부(135), 부하 패턴 생성부(136) 및 저장 데이터베이스(137)은 중앙 제어 장치 서버(130)의 구성 요소이다.

도 5는 본 발명에 따른 고장 정보 필터링 프로세스를 도시한 표이다. 도 6은 본 발명에 따른 고장 정보(FI) 필터링 프로세스를 도시한 개략도이다. 도 7은 본 발명에 따른 구간 부하 계산 및 패턴 도출 프로세스를 도시한 개략도이다. 도 8은 본 발명에 따른 균등 분포 부하 모델링의 예를 도시한 개략도이다. 도 9는 본 발명에 따른 최적 고장 복구 방안 도출 프로세스를 도시한 개략도이다. 도 10은 본 발명에 따른 고장 복구 조작 실행 시 예외 사항 처리 흐름도를 도시한 개략도이다.

1) 배전 자동화 단말 장치(FRTU)에 의한 고장 발생 정보(FI) 필터링 프로세스(도 5 및 도 6 참조)

본 발명에서의 고장 발생 정보(FI)의 필터링 프로세스는 다음과 같다. 본 프로세스에서는 배전 자동화 단말 장치(FRTU)에서 고장 감지 시 상위 중앙 제어 장치로 올리는 고장 전류 크기의 차이와 고장 전류의 방향을 가지고 FI의 필터링을 수행하여 고장 구간 판정의 신뢰도를 높여 운영자(Operator)가 고장 구간 판정 오류의 가능성을 낮추어 준다.

고장 선로의 차단기가 "로크아웃(Lock-out)" 정보를 전송하면, 그 차단기의 부하측 개폐기를 탐색하고, 개폐기에 "고장 검출(FI)" 정보가 발생되었는지 확인한다. 만일 해당 개폐기의 FI 수신값이 없으면 FI 검출 명령을 재전송하여 FI 정보를 수신한다. 해당 개페기가 "통신 불량"일 경우 해당 개폐기에는 이전 개폐기의 고장 전류의 크기 및 방향과 동일한 값의 발생을 설정한다.

만일 "고장 검출(FI)"이 발생했으면 FI 필터링 프로세스로 이동하여 FI 필터링 프로세스를 통하여 오동작 FI를 걸러내고, 최종 FI를 이용하여 로크아웃 차단기의 부하측 개폐기에서 정상 FI(Filtered FI: F_FI) 정보가 발생되지 않으면 그 개폐기를 고장 구간의 부하측 개폐기로 지정하고, 그 개폐기의 전원측 개폐기를 고장 구간의 전원측 개폐기로 지정한다. 만일 정상 FI(F_FI) 정보가 발생(F_FI==TRUE)되었다면 그 개폐기의 부하측 개폐기를 탐색하여 고장 구간을 판정하는 루틴을 계속 수행하고, 만일 F_FI==FALSE이면 해당 개폐기를 고장 구간의 부하측 개폐기로 지정하고 그 개폐기의 전원측 개폐기를 고장 구간의 전원측 개폐기로 지정한다.

FI 필터링 프로세스에서는 규칙 기반 추론 방식을 적용하여 FI를 필터링하여 정상 FI(F_FI)를 생성한다.(도 5 참조)

일례로, 불평형 지락 고장 전류에 의한 FI 발생 시 룰은 아래와 같이 정의할 수 있다.

if (FI_A==FI_B==FI_C ==FALSE) & (FI_N==TRUE) then (F_FI(i) == FALSE)

또한, 고장 시 전압 변동 및 불평형 전류에 의한 오 FI 발생 시 룰은 아래와 같이 정의할 수 있다.

if (IF(i-1) > n * IF(i)), then F_FI(i) == FALSE

더불어, 분산 전원에 의한 오 FI 발생 시 룰은 아래와 같이 정의할 수 있다.

if I_FD(i-1) <> I_FD(i) , then F_FI(i) == FALSE

2) 구간 부하 부등률 및 분산 전원 영향 미고려에 따른 구간 부하 처리 오류 발생(도 7 및 도 8 참조)

기존 방법에서의 구간 부하 관리는 구간의 전원측 개폐기와 부하측 개폐기로 구성된 구간의 유입 전류와 유출 전류의 차를 계산하여 이에 대한 시간별 부하 데이터를 저장하고, 이에 대한 주중, 주말 최대치를 산출하여 저장하여 산출한다. 이렇게 하면 개폐기에서의 전류 계측이 동일 시간대에 이루어지지 않아 구간 부하 산정에 다량의 오차가 발생하고, 오히려 부하측 개폐기에서의 부하 전류가 전원측 개폐기에서의 부하 전류보다 큰 사례도 발생하게 되는 등 구간 부하 값에 오차가 다수 발생하게 되고, 이는 분산 전원이 연계되어 있는 구간에서는 방향까지 변화해서 오차가 더 커지게 된다. 또한 구간 부하들의 부등률을 고려하지 않아서 과도한 부하량이 산정되어 고장 복구 시 많은 오차를 가지게 되는 요인이 된다.

본 발명에서의 구간 부하 계산 프로세스는 다음과 같다. 현장 단말 장치 데이터 처리장치에서 주기적으로 현장의 전류를 계측하고, 이렇게 동기화된 개폐기 측정 전류는 저장 DB에 저장된다. 저장 DB에 저장된 일정 시간 주기(시간당 혹은 15분당) 의 개폐기 측정 전류를 이용하여 구간 부하를 계산하고, 이에 대한 구간 부하 보정을 하고, 최종적으로 구간 부하 패턴을 도출하여 다시 저장 DB에 저장하는 과정을 거친다.

구간 부하의 취득은 기존의 개별 FRTU를 하나씩 계측하는 폴링 방식을 사용하는 것이 아니라, 개별 FRTU의 부하 전류를 계측하는 프로세스를 FRTU 당 하나씩 설정하여 거의 동시간대에 계측을 수행하여 동기화된 계측을 통하여 계측의 부등률을 제거하게 된다. 이렇게 동기화 계측된 개폐기 측정 전류는 일정 시간 주기로 계측되어 저장 DB에 저장되게 된다. 이렇게 저장된 개폐기 측정 전류를 이용하여 구간 부하를 계산하게 되는 데, 배전 선로 구간에 분산 전원과 부하가 동시에 존재할 경우 개폐기 전류의 조류 방향을 고려하여 부하량을 계산한다. 즉, 개폐기 측정 전류의 방향이 구간 내부로 향하는 것을 (+)로 설정하고, 구간의 전원측 개폐기 측정전류를 X, 부하측 개폐기 측정 전류를 Y, 분산 전원측 개폐기 측정 전류를 Z라고 하고, 개폐기 측정 전류의 방향을 적용하면 SL(Section_Load) = X-Y+Z로 구간 부하를 계산한다. 이 부하에 대하여 조류 계산을 수행 시 전압 강하와 손실을 고려한 균등 분포 부하 모델링을 하려면 구간의 1/4 위치에 2/3* SL, 구간 말단에 1/3*SL을 모델링 한다.(도 8 참조)

이렇게 도출된 일정 주기별로 계산된 구간 부하는 평일, 토요일, 일요일 및 공휴일 등 3가지 일형에 따라 각각 일형 패턴으로 저장된다. 구간 부하 패턴을 최종 계산하기 전에 일시적인 작업, 임시 절체, 휴일 등 일시적인 부하의 왜곡을 방지하기 위하여 구간 부하 보정의 단계를 거친다. 보정은 사용자의 패턴 생성 주기에 따라 일형별 부하 패턴 곡선을 비교하여 신뢰도 구간 95%의 구간만을 선정하고, 그외의 구간의 데이터는 버리고, 이때의 데이터는 해당하는 구간 데이터를 보간하여 생성한다.

이렇게 보정된 구간 부하 데이터를 이용하여 각 일형별 구간 부하 패턴은 다음과 같이 생성된다.

각 일형별 패턴은 사용자의 요구 조건에 따라 계산 주기를 설정할 수 있는데, 평일의 경우 2주 데이터의 평균값을 이용한 24시간 패턴을 생성하고, 토요일 및 일요일 및 공휴일의 경우에는 4주 데이터의 평균값을 이용하여 24시간 패턴을 생성한다.

3) 분산 전원을 고려한 고장 복구 최적해 도출 프로세스(도 9 참조)

본 발명에서의 최적 고장 복구 방안 도출 프로세스는 다음과 같다. 먼저 복구 방안 후보 도출을 위하여 종래의 방법과 유사하게 내부 루프, 1개의 연계선로 이용, 2개의 연계선로 이용, 3개의 연계선로 이용, 1개의 연계선로와 건전 부하 절체 이용, 2개의 연계선로와 건전 부하 절체 이용 등 6개의 복구 종류를 탐색하여 복구 방안 후보의 개수를 계산한다. 각 후보에 대한 복구 방안에 대한 평가를 통하여 최적 복구 방안을 도출하게 된다. 최적복구 방안 도출 시 건전 구간의 절체 시 구간 부하 및 분산 전원 모델링이 반영된 상세한 조류 계산을 수행하여 후보 복구 방안에 대하여 연계선로에서의 절체 시 선로 부하(전류)와 전압 강하를 계산한다. 또 복구 방안 후보중 연계 후 건전 부하 절체를 이용하는 방식의 경우에는 일단 연계선로로 연계 후 연계선로에서의 과부하를 해소하기 위하여 2단계 연계선로(연계선로의 연계선로)와의 상시 개방점을 투입하여 M.Tr. 간의 루프 운전 시 M.Tr.의 부하 및 위상에 따른 루프 전류의 발생 유무를 판정하는 M.Tr. 루프 운전 가능 여부 판정 단계를 거친다. M.Tr. 루프 운전이 가능하면 복구 방안을 평가하고, 다음 후보로 넘어가고, M.Tr. 루프 운전이 불가하면 해 없음으로 처리 후 다음후보로 넘어가게 된다. 이렇게 모든 복구 방안 후보 선로를 평가하면 이들 평가점수를 비교하여 최적 복구 방안을 도출하고 최적 복구 방안 도출 프로세스를 종료하게 된다.

4) 고장 복구 시퀀스 수행 시의 예외 사항 처리 과정(도 10 참조)

본 발명에서는 복구해 실행 시 조작이 안되어 고장 복구 시퀀스를 제대로 실행하지 못하는 것을 방지하기 위하여 복구해 도출 전에 조작 불가 개폐기 탐색 프로세스를 추가한다. 이 프로세스에서는 복구해 도출 시 제외되어야 할 조작 불가 개폐기 목록을 생성하게 된다. 여기에는 개폐기에 다음의 Tag가 설정되어 있는 개폐기가 포함된다. 제어금지(control_inhibit), 수동제어(manual_control), 갱신금지(non_update), 통신불량(comm_err), 가스압저하, 자기진단에러, 축전지 과방전 등의 상태이다. 고장 발생 선로 및 이 선로의 연계선로의 자동화 개폐기 중 위에 해당되는 개폐기를 탐색하여 조작 불가 개폐기 목록에 추가하여 복구해 도출 전에 이 목록에 포함된 개폐기들은 복구해에 포함되지 않도록 한다.

또한 본 발명에서는 고장 복구 조작 시 발생하는 예외 사항에 대한 처리 프로세스를 추가하였다.

발생한 고장에 대하여 최적의 고장 복구 해가 도출되면 이 해를 수행하여 고장 구간 분리, 전원측 복구 및 건전 구간 절체를 수행하는 고장 복구 조작을 실행하게 된다. 이전에 고장 복구 해를 도출할 때 이미 조작 불가 개폐기는 조작 목록에서 제외를 하였지만, 현장 상황이 어떻게 변화할지 모르기 때문에 다양한 예외 사항이 발생할 수 있고, 이 예외 사항을 처리하기 위한 프로세스가 필요하게 된다. 도 10에서 고장 구간 분리 단계가 실패하면 고장 구간의 부하측 개폐기가 조작 실패인지 고장 구간의 전원측 개폐기가 조작 실패인지에 따라 고장 구간을 부하측 혹은 전원측으로 확대하여야 하고, 이를 위해서는 고장 구간 분리 개폐기를 부하측 혹은 전원측으로 하나 하위 혹은 상위의 자동화 개폐기를 선정하여 고장 구간을 확대한다. 확대된 고장 구간에 따라 정전구역을 재설정 및 복구해 재산정 단계를 다시 실행한다. 만약 전원측 보호기기 복구 단계에서 조작이 실패하면 고장을 차단하기 위하여 동작한 보호기기가 조작이 안되는 것이기 때문에 그 상위의 보호기기를 선정하여 조작한다. 연계선로로 절체 시의 상시 개방점 조작에서 실패하게 되면 해당 정전 구역을 복구하기 위한 차순위 복구해가 존재하면 이 차순위 복구해를 이용하여 복구를 수행하고, 없으면 복구 불가로 판정하여 실행을 종료한다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 분산 전원이 연계된 배전 계통의 자동 고장 처리 장치 및 그 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims

다수의 배전 자동화 단말 장치로부터 수신된 배전 선로의 고장 발생 정보 중 오류 고장 발생 정보를 필터링하여 제거하는 고장 발생 정보 필터링부;
상기 필터링되고 남은 고장 발생 정보를 이용하여 고장 구간을 판정하는 고장 구간 판정부;
상기 고장 구간에 대한 고장 복구해를 도출하는 고장 복구해 도출부; 및,
상기 고장 복구해 중 조작 예외 사항을 처리하는 조작 예외 사항 처리부를 포함하는 배전 계통의 자동 고장 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 고장 발생 정보 필터링부는
상기 배전 자동화 단말 장치에서 상기 고장 발생 정보 감지 시 상위 중앙 제어 장치로 전송하는 고장 전류 크기와 고장 전류 방향을 이용함을 특징으로 하는 배전 계통의 자동 고장 처리 장치.
제2항에 있어서,
상기 고장 발생 정보 필터링부는
고장 선로의 차단기로부터 로크아웃 신호를 수신하면, 상기 차단기의 부하측 개폐기를 탐색하여, 상기 부하측 개폐기로부터 고장 발생 정보가 발생하였는지 확인하고, 상기 부하측 개폐기로부터 발생된 고장 발생 정보 중 상기 오류 고장 발생 정보를 필터링하며,
상기 고장 구간 판정부는
상기 필터링되고 남은 고장 발생 정보를 이용하여 상기 차단기의 부하측 개폐기중에서 고장 발생 정보를 발생시킨 개폐기 중 가장 말단에 위치하는 차단기의 부하측 개폐기를 고장 구간의 전원측 개폐기로 지정하고, 상기 전원측 개폐기의 부하측 계폐기를 고장 구간의 부하측 개폐기로 지정함을 특징으로 하는 배전 계통의 자동 고장 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 배전 선로의 구간 부하 부등률 및 분산 전원의 영향을 반영하여 구간 부하를 계산하는 구간 부하 계산부 및 부하 패턴을 생성하는 부하 패턴 생성부를 더 포함함을 특징으로 하는 배전 계통의 자동 고장 처리 장치.
제4항에 있어서,
상기 구간 부하 계산부는
다수의 배전 자동화 단말 장치가 연결된 현장 단말 장치 데이터 처리 장치에서 주기적으로 개폐기의 현장 전류를 동기화하여 측정하고, 상기 동기화된 개폐기 측정 전류를 저장 데이터베이스에 저장하며,
상기 저장 데이터베이스에 저장된 주기를 갖고 동기화된 개폐기 측정 전류를 이용하여 구간 부하를 계산 및 보정하고, 이를 상기 저장 데이터베이스에 저장하며,
상기 부하 패턴 생성부는 상기 구간 부하 패턴을 도출하여 상기 저장 데이터베이스에 저장함을 특징으로 하는 배전 계통의 자동 고장 처리 장치.
제5항에 있어서,
상기 배전 자동화 단말 장치 당 하나씩 부하 전류를 동시에 측정하여 동기화하고, 상기 동기화된 측정을 통하여 부등률을 제거함을 특징으로 하는 배전 계통의 자동 고장 처리 장치.
제1항에 있어서,
조류 계산을 수행하는 조류 계산부를 더 포함하고,
상기 고장 복구해 도출부에서 상기 조류 계산부로부터 계산된 허용 전류 및 전압 변동 값을 이용하여 연계선로 우선 순위를 결정함을 특징으로 하는 배전 계통의 자동 고장 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 조작 예외 사항 처리부는
조작 불가 개폐기 목록을 생성하고, 상기 목록을 이용하여 상기 조작 불가 개폐기를 제외한 고장 복구 시퀀스를 생성함을 특징으로 하는 배전 계통의 자동 고장 처리 장치.
제8항에 있어서,
상기 목록은
제어 금지 개폐기, 수동 제어 개폐기, 갱신 금지 개폐기, 통신 불량 개폐기, 가스압 저하 개폐기, 자기 진단 에러 개폐기 또는 축전지 과방전 개폐기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배전 계통의 자동 고장 처리 장치.
다수의 배전 자동화 단말 장치로부터 수신된 배전 선로의 고장 발생 정보 중 오류 고장 발생 정보를 필터링하여 제거하는 고장 발생 정보 필터링 단계;
상기 필터링되고 남은 고장 발생 정보를 이용하여 고장 구간을 판정하는 고장 구간 판정 단계;
상기 고장 구간에 대한 고장 복구해를 도출하는 고장 복구해 도출 단계; 및,
상기 고장 복구해 중 조작 예외 사항을 처리하는 조작 예외 사항 처리 단계를 포함하는 배전 계통의 자동 고장 처리 방법.