KR20170070700A - 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치 및 방법 - Google Patents

동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동기위상기(Phasor Measurement Units;PMU) 신호에 웨이브렛 분석방법을 적용하여 사고 발생 부분을 자동으로 검출할 수 있도록 한 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 현재 시간을 기준으로 동기위상기 입력 신호의 이전 제 1,2 구간을 설정하는 시간 윈도우 설정부;설정된 제 1,2 구간의 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하고 웨이브렛 계수 에너지(MWE)를 계산하는 NWE 계산부;제 1 구간의 웨이브렛 계수 에너지와 제 2 구간의 웨이브렛 계수 에너지의 비를 구하고 현재시간에서 정규화된 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 계산하는 정규화 NWE 산출부;정규화된 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 설정한 임계값과 비교하여 동기위상기의 사고 발생 여부를 판정하는 임계값 비교 판단부;임계값 비교 판단부의 판단 결과에 따라 광대역으로 설치된 동기위상기들의 사고 발생을 판단하는 이벤트 판정부;를 포함하는 것이다.

Description

동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치 및 방법{Apparatus and Method for detecting accidents in Power Systems using ＰＭＵ signal}
본 발명은 전력계통 실시간 모니터링에 관한 것으로, 구체적으로 동기위상기(Phasor Measurement Units;PMU) 신호에 웨이브렛 분석방법을 적용하여 사고 발생 부분을 자동으로 검출할 수 있도록 한 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
전력계통에서 상태추정은 전력계통의 구성(network configuration)을 담당하는 Topology Process(TP)와 일반적인 상태 추정을 수행하는 상태추정(state estimation)으로 구성되어 있다.
전력계통에서의 주요 상태변수는 버스(bus, 모선)의 전압 크기와 위상각(전압 크기와 전압 위상각)이며(필요 시 변압기 탭(tap) 수), 이를 예측하기 위한 주요 측정값으로 전압크기, 선로(bus)의 유효 및 무효전력, 및 버스 주입(injection) 유효 및 무효 전력 등이 있다.
이와 같은 종래 기술의 상태추정은 기존의 측정 기술 발달 미비로 전압 위상각 크기는 직접 측정 불가능하고 상태추정에 포함되는 측정값들 사이의 시각동기(시간동기)가 이루어지지 않는 등의 문제가 있다.
이런 문제점은 PMU(Phasor Measurement Unit) 기기(고정밀 페이저 측정장치)의 개발 및 도입으로 점차 개선되고 있는 중이다.
PMU는 기존의 계통의 측정 장치와 달리 GPS(Global Positioning System)(GPS 시간)에 의해 시각 동기된 측정값을 제공할 뿐만 아니라 시각 동기 기능을 이용한 위상각 측정값까지 제공하여 전력계통의 광역 감시 또는 보호 등에 널리 사용되고 있다.
이와 같은 전력계통의 광역 감시 또는 보호를 위하여 웨이브렛 분석방법을 이용하는데, 종래 기술의 웨이브렛을 이용한 분석방법은 일반적으로 주기성을 갖는 전력계통 전압신호에 적용하여 분석하는 것으로, 단순한 웨이브렛 계수 에너지의 비교에 의해 동시에 여러 개의 동기위상기에서 발생하는 사고 신호의 분석 결과의 동등한 비교가 어렵다.
따라서, 동일 시간에서 전체 동기위상기의 비교가 어려워 계통의 변동성을 고려하여 오작동을 줄일 수 있는데 한계가 있다.
따라서, 향후 전국적으로 확장되는 동기위상기의 효과적인 활용을 위해서는 비정상성을 갖는 신호에서 실시간으로 사고 신호를 검출하는 기술 개발이 필요하다.
대한민국 등록특허 제10-1368907호 대한민국 등록특허 제10-1450646호
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 전력 계통 감시의 문제를 해결하기 위한 것으로, 동기위상기(Phasor Measurement Units;PMU)로 측정한 전압, 주파수 신호에 웨이브렛 분석방법을 적용하여 사고 발생 부분을 자동으로 검출할 수 있도록 한 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 정규화 방법을 통하여 동시에 여러 개의 동기위상기에서 발생하는 사고신호의 분석 결과의 동등한 비교가 가능하도록 한 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 정규화된 웨이브렛 계수 에너지의 동일 시간에서 전체 동기위상기의 비교가 가능할 뿐만 아니라 시간에 따른 계통의 변동성을 고려하여 오작동을 줄일 수 있도록 한 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 비정상성을 갖는 신호에서 실시간으로 사고 신호를 검출하기 위하여 비정상성 신호 분석에 장점을 보이는 웨이브렛 분석방법을 적용하여 전국적으로 확장되는 동기위상기의 효과적인 활용이 가능하도록 한 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치는 현재 시간을 기준으로 동기위상기 입력 신호의 이전 제 1,2 구간을 설정하는 시간 윈도우 설정부;설정된 제 1,2 구간의 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하고 웨이브렛 계수 에너지(MWE)를 계산하는 NWE 계산부;제 1 구간의 웨이브렛 계수 에너지와 제 2 구간의 웨이브렛 계수 에너지의 비를 구하고 현재시간에서 정규화된 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 계산하는 정규화 NWE 산출부;정규화된 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 설정한 임계값과 비교하여 동기위상기의 사고 발생 여부를 판정하는 임계값 비교 판단부;임계값 비교 판단부의 판단 결과에 따라 광대역으로 설치된 동기위상기들의 사고 발생을 판단하는 이벤트 판정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 시간 윈도우 설정부는, 32개의 샘플을 갖는 이전 제 1 구간을 설정하는 제 1 시간 윈도우 설정부와, 216000 개 샘플을 갖는 이전 제 2 구간을 설정하는 제 2 시간 윈도우 설정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 NWE 계산부는, 제 1 구간 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하여 근사신호와 설정된 기준 레벨의 세부신호를 구하고, 구한 세부신호 계수들의 미소구간의 제곱 평균 에너지를 구하여 웨이브렛 계수 에너지(MWE)로 정의하는 제 1 NWE 계산부와, 제 2 구간 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하여 근사신호와 설정된 기준 레벨의 세부신호를 구하고, 구한 세부신호 계수들을 이용하여 이전 1시간 구간의 웨이브렛 계수 에너지(MWE)로 정의하는 제 2 NWE 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 이산 웨이브렛 변환에 가장 적합한 모 웨이브렛 선정은, 해당계통의 이벤트 데이터 분석결과에 따라 선정하며 전력 계통의 이벤트 검출을 위해서 실제 이벤트 발생시 NWE 값이 가장 높은 웨이브렛으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
그리고 이벤트 판정부에서의 사고 종류의 분류는, 검출된 이벤트 발생시간에 동기위상기 전압, 주파수 신호에서 각각 나타나는 사고 발생의 패턴을 분석하여 사고 종류를 구분하는 것을 특징으로 한다.
그리고 이벤트 판정부에서의 사고 종류의 분류는, 발전기 탈락과 같은 유효전력 손실을 포함하는 유효전력 사고와, 전압조정과 같은 제어를 포함하는 무효전력 사고로 분류하는 것을 특징으로 한다.
그리고 광대역 동기위상기의 전압, 주파수 신호에서 사고 발생을 유효전력 사고에 해당하는 것으로 판단하고, 국지적 동기위상기의 전압 신호에서 사고발생은 국지적 전압 변동에 따른 무효전력 보상에 해당하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 방법은 현재 시간을 기준으로 동기위상기 입력 신호의 이전 제 1,2 구간을 설정하는 시간 윈도우 설정 단계;설정된 제 1,2 구간의 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하고 웨이브렛 계수 에너지(MWE)를 계산하는 NWE 계산 단계;제 1 구간의 웨이브렛 계수 에너지와 제 2 구간의 웨이브렛 계수 에너지의 비를 구하고 현재시간에서 정규화된 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 계산하는 정규화 NWE 산출 단계;정규화된 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 설정한 임계값과 비교하여 동기위상기의 사고 발생 여부를 판정하는 임계값 비교 단계;판단 결과에 따라 광대역으로 설치된 동기위상기들의 사고 발생을 판단하는 이벤트 판정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 시간 윈도우 설정 단계는, 32개의 샘플을 갖는 이전 제 1 구간을 설정하는 단계와, 216000 개 샘플을 갖는 이전 제 2 구간을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 NWE 계산 단계는, 제 1 구간 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하여 근사신호와 설정된 기준 레벨의 세부신호를 구하고, 구한 세부신호 계수들의 미소구간의 제곱 평균 에너지를 구하여 웨이브렛 계수 에너지(MWE)로 정의하는 제 1 NWE 계산 단계와, 제 2 구간 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하여 근사신호와 설정된 기준 레벨의 세부신호를 구하고, 구한 세부신호 계수들을 이용하여 이전 1시간 구간의 웨이브렛 계수 에너지(MWE)로 정의하는 제 2 NWE 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 임계값 비교 단계와 이벤트 판정 단계에서, 정규화된 전압 웨이브렛 계수 에너지(NWE)와 주파수 신호 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 설정한 임계값과 비교하여, 동기위상기의 사고 발생 여부를 판정하여 전압 웨이브렛 계수 에너지(NWE)와 주파수 신호 웨이브렛 계수 에너지(NWE) 모두 임계값을 초과하는 경우에는 유효전력 탈락 이벤트로 판정하는 것을 특징으로 한다.
그리고 전압 웨이브렛 계수 에너지(NWE)와 주파수 신호 웨이브렛 계수 에너지(NWE) 모두가 임계값을 초과하지 않으면, 전압 신호 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 설정한 임계값과 비교하여, 동기위상기의 사고 발생 여부를 판정하여 전압 신호 웨이브렛 계수 에너지(NWE)가 임계값을 초과하는 경우에는 무효전력 변동 이벤트로 판정하고, 임계값을 초과하지 않으면 정상 상태로 판정하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 동기위상기 신호에 웨이브렛 분석방법을 적용하여 전력 계통의 실시간 모니터링이 가능하다.
둘째, 동기위상기(Phasor Measurement Units;PMU)로 측정한 전압, 주파수 신호에 웨이브렛 분석방법을 적용하여 사고 발생 부분을 자동으로 검출할 수 있다.
셋째, 정규화 방법을 통하여 동시에 여러 개의 동기위상기에서 발생하는 사고신호의 분석 결과의 동등한 비교가 가능하다.
넷째, 정규화된 웨이브렛 계수 에너지의 동일 시간에서 전체 동기위상기의 비교가 가능할 뿐만 아니라 시간에 따른 계통의 변동성을 고려하여 오작동을 줄일 수 있다.
다섯째, 전체 동기위상기에서 입력 신호의 동시적인 분석을 수행하여 웨이브렛 기반의 사고발생 검출, 검출된 사고 종류를 구분할 수 있다.
여섯째, 동기위상기를 통한 전력계통 모니터링으로 실시간 적이고 빠른 샘플링을 통한 즉각적인 사고 대처가 가능하다.
일곱째, 비정상성 신호 분석에 장점을 보이는 웨이브렛 분석방법을 적용하여 전국적으로 확장되는 동기위상기의 효과적인 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 전력계통 사고 발생 자동 검출 방법을 나타낸 플로우 차트
도 3은 본 발명에 따른 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치에서의 PMU 데이터의 전압 NWE 및 주파수 NWE의 일 예를 나타낸 그래프
도 4는 345 kV 서브스테이션에 적용되는 PMU 분포를 나타낸 다이어그램
도 5는 이벤트가 포함된 PMU 데이터의 전압 신호와 주파수 신호 그래프
도 6내지 도 8은 도 5의 유효 전력 이벤트 및 무효전력 이벤트를 갖는 전압 NWE 및 주파수 NWE의 3D 그래프
도 9는 유효 전력 이벤트 지점의 NWE 피크값을 나타낸 전압 데이터 및 주파수 데이터 그래프
도 10은 무효전력 이벤트 지점의 NWE 피크값을 나타낸 전압 데이터 및 주파수 데이터 그래프
이하, 본 발명에 따른 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전력계통 사고 발생 자동 검출 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
본 발명은 정규화 방법을 통하여 동시에 여러 개의 동기위상기에서 발생하는 사고신호의 분석 결과의 동등한 비교가 가능하도록 하고, 정규화된 웨이브렛 계수 에너지는 동일 시간에서 전체 동기위상기의 비교가 가능할 뿐만 아니라 시간에 따른 계통의 변동성을 고려하여 오작동을 줄일 수 있도록 하는 것이다.
이를 위한 본 발명에 따른 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치는 최적의 모 웨이브렛을 선정하는 선정 수단과, 세부신호 계수 에너지의 정규화 과정을 통하여 전체 동기위상기에서 입력 신호의 동시적인 분석을 수행하여 웨이브렛 기반의 사고발생 검출, 검출된 사고 종류 구분하는 분석 수단을 포함한다.
구체적으로 도 1에서와 같이, 현재 시간을 기준으로 60 Hz 전력계통에서 동기위상기 입력 신호의 이전 미소구간(32개 샘플)의 시간 구간을 설정하는 제 1 시간 윈도우 설정부(10)와, 정규화를 위해 현재 시간을 기준으로 동기위상기 입력 신호의 이전 1시간 구간(216000 개 샘플)을 설정하는 제 2 시간 윈도우 설정부(11)와, 제 1 시간 윈도우 설정부(10)에서 설정된 구간 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하여 근사신호와 3 레벨의 세부신호를 구하고, 구한 세부신호 계수들의 미소구간 제곱 평균 에너지를 구하여 웨이브렛 계수 에너지(MWE)로 정의하는 제 1 NWE 계산부(20)와, 제 2 시간 윈도우 설정부(11)에서 설정된 구간 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하여 근사신호와 3레벨의 세부신호를 구하고, 구한 세부신호 계수들을 이용하여 이전 1시간 구간의 웨이브렛 계수 에너지(MWE)로 정의하는 제 2 NWE 계산부(21)와, 제 1 NWE 계산부(20)의 미소구간의 웨이브렛 계수 에너지와 제 2 NWE 계산부(21)의 1시간 구간의 웨이브렛 계수 에너지의 비를 구하고 현재시간에서 정규화된 웨이브렛 계수 에너지(NWE)로 정의하는 정규화 NWE 산출부(30)와, 정규화된 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 설정한 임계값과 비교하여 동기위상기의 사고 발생 여부를 판정하는 임계값 비교 판단부(40)와, 임계값 비교 판단부(40)의 판단 결과에 따라 광대역으로 설치된 동기위상기들에서 사고 발생이 나타나는 지역에 따라 사고의 종류를 구분하는 이벤트 판정부(50)를 포함한다.
여기서, 제 1 시간 윈도우 설정부(10)에서의 동기위상기 입력 신호의 이전 미소구간의 시간 구간을 설정하는 과정에서 샘플 수는 제한되지 않고, 제 2 시간 윈도우 설정부(11)에서의 샘플 수 또한 제한되지 않고 상황에 따라 다르게 설정될 수 있음은 당연하다.
이와 같은 본 발명에 따른 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치에서의 파라미터 선정은 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 미소구간의 샘플 개수를 60 Hz 전력계통을 기준 32개로 설정하며 정규화를 위한 1시간 구간의 샘플 개수는 21600개로 설정하는데, 이로 한정되지 않는다.
그리고 이산 웨이브렛 변환에 가장 적합한 모 웨이브렛 선정은 해당계통의 이벤트 데이터 분석결과에 따라 선정하며 국내 계통의 이벤트 검출을 위해서는 실제 이벤트 발생시 NWE 값이 가장 높은 db1 웨이브렛으로 설정한다.
표 1은 모 웨이브렛과 각 변환 레벨에 따른 NWE의 비교를 나타낸 것이다.
Figure pat00001
그리고 이벤트 판정부(50)에서의 사고 종류의 분류는 다음과 같이 이루어진다.
검출된 이벤트 발생시간에 동기위상기 전압, 주파수 신호에서 각각 나타나는 사고 발생의 패턴을 분석하여 사고 종류를 구분한다.
그리고 이벤트 판정부(50)에서의 사고 종류의 분류는 유효전력 사고/무효전력 사고로 사고를 분류하며, 유효전력 사고는 발전기 탈락과 같은 유효전력 손실을 무효전력 사고는 전압조정과 같은 제어를 포함한다.
여기서, 광대역 동기위상기의 전압, 주파수 신호에서 사고 발생은 발전기 탈락과 같은 유효전력 사고에 해당한다.
그리고 국지적 동기위상기의 전압 신호에서 사고발생은 국지적 전압 변동에 따른 무효전력 보상에 해당한다.
그리고 제 1 NWE 계산부(20)에서의 세부신호 계수들의 미소구간 제곱 평균 에너지를 구하여 웨이브렛 계수 에너지(MWE)로 정의하는 과정은 수학식 1에서와 같이 이루어진다.
Figure pat00002
여기서, J는 웨이브렛 변환 레벨이고, Nj는 각 변환 레벨 j의 계수 넘버이다.
그리고 정규화 NWE 산출부(30)에서의 제 1 NWE 계산부(20)의 미소구간의 웨이브렛 계수 에너지와 제 2 NWE 계산부(21)의 1시간 구간의 웨이브렛 계수 에너지의 비를 구하고 현재시간에서 정규화된 웨이브렛 계수 에너지(NWE)로 정의하는 과정은 수학식 2에서와 같이 이루어진다.
Figure pat00003
이와 같은 본 발명에 따른 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치에서의 사고 발생 자동 검출 방법은 도 2에서와 같다.
먼저, PMU 데이터가 입력되면, 제 1 시간 윈도우 설정부(10)에서 현재 시간을 기준으로 60 Hz 전력계통에서 동기위상기 입력 신호의 이전 미소구간(32개 샘플)의 시간 구간을 설정하고(S201), 제 2 시간 윈도우 설정부(11)에서 정규화를 위해 현재 시간을 기준으로 동기위상기 입력 신호의 이전 1시간 구간(216000 개 샘플)을 설정한다.(S211)
이어, 제 1 시간 윈도우 설정부(10)에서 설정된 구간 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하여 근사신호와 3 레벨의 세부신호를 구하고, 구한 세부신호 계수들의 미소구간 제곱 평균 에너지를 구하여 웨이브렛 계수 에너지(MWE)로 정의한다.(S202)
그리고 제 2 시간 윈도우 설정부(11)에서 설정된 구간 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하여 근사신호와 3레벨의 세부신호를 구하고, 구한 세부신호 계수들을 이용하여 이전 1시간 구간의 웨이브렛 계수 에너지(MWE)로 정의한다.(S212)
도 3은 본 발명에 따른 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치에서의 PMU 데이터의 전압 NWE 및 주파수 NWE의 일 예를 나타낸 그래프이다.
이어, 제 1 NWE 계산부(20)의 미소구간의 웨이브렛 계수 에너지와 제 2 NWE 계산부(21)의 1시간 구간의 웨이브렛 계수 에너지의 비를 구하고 현재시간에서 정규화된 웨이브렛 계수 에너지(NWE)로 정의한다.(S203)
그리고 임계값 비교 판단부(40)에서 정규화된 전압 웨이브렛 계수 에너지(NWE)와 주파수 신호 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 설정한 임계값과 비교하여(S204), 동기위상기의 사고 발생 여부를 판정하여 전압 웨이브렛 계수 에너지(NWE)와 주파수 신호 웨이브렛 계수 에너지(NWE) 모두 임계값을 초과하는 경우에는 유효전력 탈락 이벤트로 판정한다.(S207)
전압 웨이브렛 계수 에너지(NWE)와 주파수 신호 웨이브렛 계수 에너지(NWE) 모두가 임계값을 초과하지 않으면, 전압 신호 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 설정한 임계값과 비교하여(S205), 동기위상기의 사고 발생 여부를 판정하여 전압 신호 웨이브렛 계수 에너지(NWE)가 임계값을 초과하는 경우에는 무효전력 변동 이벤트로 판정하고(S208), 임계값을 초과하지 않으면 정상 상태로 판정한다.(S206)
도 4는 345 kV 서브스테이션에 적용되는 PMU 분포를 나타낸 다이어그램이고,도 5는 이벤트가 포함된 PMU 데이터의 전압 신호와 주파수 신호 그래프이다.
그리고 도 6내지 도 8은 도 5의 유효 전력 이벤트 및 무효전력 이벤트를 갖는 전압 NWE 및 주파수 NWE의 3D 그래프이다.
그리고 도 9는 유효 전력 이벤트 지점의 NWE 피크값을 나타낸 전압 데이터 및 주파수 데이터 그래프이고, 도 10은 무효전력 이벤트 지점의 NWE 피크값을 나타낸 전압 데이터 및 주파수 데이터 그래프이다.
이와 같은 본 발명에 따른 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치 및 방법은 동기위상기(Phasor Measurement Units;PMU)로 측정한 전압, 주파수 신호에 웨이브렛 분석방법을 적용하여 사고 발생 부분을 자동으로 검출할 수 있도록 한 것이다.
이와 같은 본 발명은 정규화 방법을 통하여 동시에 여러 개의 동기위상기에서 발생하는 사고신호의 분석 결과의 동등한 비교가 가능하도록 하여 정규화된 웨이브렛 계수 에너지의 동일 시간에서 전체 동기위상기의 비교가 가능할 뿐만 아니라 시간에 따른 계통의 변동성을 고려하여 오작동을 줄일 수 있도록 한다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10. 제 1 시간 윈도우 설정부 11. 제 2 시간 윈도우 설정부
20. 제 1 NWE 계산부 21. 제 2 NWE 계산부
30. 정규화 NWE 산출부 40. 임계값 비교 판단부
50. 이벤트 판정부

Claims (12)

  1. 현재 시간을 기준으로 동기위상기 입력 신호의 이전 제 1,2 구간을 설정하는 시간 윈도우 설정부;
    설정된 제 1,2 구간의 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하고 웨이브렛 계수 에너지(MWE)를 계산하는 NWE 계산부;
    제 1 구간의 웨이브렛 계수 에너지와 제 2 구간의 웨이브렛 계수 에너지의 비를 구하고 현재시간에서 정규화된 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 계산하는 정규화 NWE 산출부;
    정규화된 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 설정한 임계값과 비교하여 동기위상기의 사고 발생 여부를 판정하는 임계값 비교 판단부;
    임계값 비교 판단부의 판단 결과에 따라 광대역으로 설치된 동기위상기들의 사고 발생을 판단하는 이벤트 판정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 시간 윈도우 설정부는,
    32개의 샘플을 갖는 이전 제 1 구간을 설정하는 제 1 시간 윈도우 설정부와,
    216000 개 샘플을 갖는 이전 제 2 구간을 설정하는 제 2 시간 윈도우 설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, NWE 계산부는,
    제 1 구간 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하여 근사신호와 설정된 기준 레벨의 세부신호를 구하고, 구한 세부신호 계수들의 미소구간의 제곱 평균 에너지를 구하여 웨이브렛 계수 에너지(MWE)로 정의하는 제 1 NWE 계산부와,
    제 2 구간 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하여 근사신호와 설정된 기준 레벨의 세부신호를 구하고, 구한 세부신호 계수들을 이용하여 이전 1시간 구간의 웨이브렛 계수 에너지(MWE)로 정의하는 제 2 NWE 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 이산 웨이브렛 변환에 가장 적합한 모 웨이브렛 선정은,
    해당계통의 이벤트 데이터 분석결과에 따라 선정하며 전력 계통의 이벤트 검출을 위해서 실제 이벤트 발생시 NWE 값이 가장 높은 웨이브렛으로 설정하는 것을 특징으로 하는 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 이벤트 판정부에서의 사고 종류의 분류는,
    검출된 이벤트 발생시간에 동기위상기 전압, 주파수 신호에서 각각 나타나는 사고 발생의 패턴을 분석하여 사고 종류를 구분하는 것을 특징으로 하는 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 이벤트 판정부에서의 사고 종류의 분류는,
    발전기 탈락과 같은 유효전력 손실을 포함하는 유효전력 사고와,
    전압조정과 같은 제어를 포함하는 무효전력 사고로 분류하는 것을 특징으로 하는 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 광대역 동기위상기의 전압, 주파수 신호에서 사고 발생을 유효전력 사고에 해당하는 것으로 판단하고,
    국지적 동기위상기의 전압 신호에서 사고발생은 국지적 전압 변동에 따른 무효전력 보상에 해당하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 장치.
  8. 현재 시간을 기준으로 동기위상기 입력 신호의 이전 제 1,2 구간을 설정하는 시간 윈도우 설정 단계;
    설정된 제 1,2 구간의 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하고 웨이브렛 계수 에너지(MWE)를 계산하는 NWE 계산 단계;
    제 1 구간의 웨이브렛 계수 에너지와 제 2 구간의 웨이브렛 계수 에너지의 비를 구하고 현재시간에서 정규화된 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 계산하는 정규화 NWE 산출 단계;
    정규화된 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 설정한 임계값과 비교하여 동기위상기의 사고 발생 여부를 판정하는 임계값 비교 단계;
    판단 결과에 따라 광대역으로 설치된 동기위상기들의 사고 발생을 판단하는 이벤트 판정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 시간 윈도우 설정 단계는,
    32개의 샘플을 갖는 이전 제 1 구간을 설정하는 단계와,
    216000 개 샘플을 갖는 이전 제 2 구간을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, NWE 계산 단계는,
    제 1 구간 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하여 근사신호와 설정된 기준 레벨의 세부신호를 구하고, 구한 세부신호 계수들의 미소구간의 제곱 평균 에너지를 구하여 웨이브렛 계수 에너지(MWE)로 정의하는 제 1 NWE 계산 단계와,
    제 2 구간 신호에 대하여 이산 웨이브렛 변환를 수행하여 근사신호와 설정된 기준 레벨의 세부신호를 구하고, 구한 세부신호 계수들을 이용하여 이전 1시간 구간의 웨이브렛 계수 에너지(MWE)로 정의하는 제 2 NWE 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 임계값 비교 단계와 이벤트 판정 단계에서,
    정규화된 전압 웨이브렛 계수 에너지(NWE)와 주파수 신호 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 설정한 임계값과 비교하여, 동기위상기의 사고 발생 여부를 판정하여 전압 웨이브렛 계수 에너지(NWE)와 주파수 신호 웨이브렛 계수 에너지(NWE) 모두 임계값을 초과하는 경우에는 유효전력 탈락 이벤트로 판정하는 것을 특징으로 하는 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 전압 웨이브렛 계수 에너지(NWE)와 주파수 신호 웨이브렛 계수 에너지(NWE) 모두가 임계값을 초과하지 않으면, 전압 신호 웨이브렛 계수 에너지(NWE)를 설정한 임계값과 비교하여, 동기위상기의 사고 발생 여부를 판정하여 전압 신호 웨이브렛 계수 에너지(NWE)가 임계값을 초과하는 경우에는 무효전력 변동 이벤트로 판정하고, 임계값을 초과하지 않으면 정상 상태로 판정하는 것을 특징으로 하는 동기위상기 신호를 이용한 전력계통 사고 발생 자동 검출 방법.

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