KR20190128296A

KR20190128296A - 표준값을 이용한 방향성 보호 계전기 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20190128296A
Application number: KR1020180052278A
Authority: KR
Inventors: 장수형
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2019-11-18
Also published as: US11128128B2; US20190348832A1; CN110460026B; CN110460026A

Abstract

본 발명은 SV(Sampled Value) 신호를 생성하는 SV-RTU(SV 원격단말기)와 보호 계전기(IED)의 통신을 이용하여 마이크로-그리드(Micro-Grid)와 같은 분산전원의 전압, 전류를 측정 및 보호 계전을 수행하는 방향성 보호 계전기(Directional Over Current Ground Relay: DOCGR) 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 표준값을 이용한 방향성 보호 계전기는, 상용의 전력을 공급하는 전력 공급부; 개별적인 풍력발전, 태양광발전 등 신재생에너지에서 전력을 이용하여 발전전력을 공급하는 분산 발전부(Distributed Generation: DG); 상기 전력 공급부 및 상기 분산 발전부로부터 유입되는 전력을 소모하는 복수의 부하; 상기 전력 공급부 및 분산 발전부 사이에 설치되어 계통된 부하측 선로의 단락 또는 접지 사고 발생 시에 차단기(Circuit Breaker: CB)를 트립시켜 사고 구간을 차단시키는 복수의 보호 계전기; 및 상기 전력 공급부 및 분산 발전부 사이에 위치되는 부하측 선로의 전류를 검출하고, 검출된 전류값 및 전류를 검출한 선로의 위치정보를 보호 계전기로 전송하는 SV-원격부(SV-RTU)를 포함한다.

Description

표준값을 이용한 방향성 보호 계전기 및 그 제어방법{DOCGR based on Sampled Value and Control Method thereof}

본 발명은 AC 전로, 특히 마이크로-그리드(Micro-Grid)와 같은 분산전원 계통의 시스템 보호를 위한 방향성 보호 계전기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 구체적으로, SV(Sampled Value) 신호를 생성하는 SV-RTU(SV 원격단말기)와 보호 계전기(IED)의 통신을 이용하여 마이크로-그리드(Micro-Grid)와 같은 분산전원의 전압, 전류를 측정 및 보호 계전을 수행하는 방향성 보호 계전기(Directional Over Current Ground Relay: DOCGR) 및 그 제어방법에 관한 것이다.

환경 및 에너지 문제의 해결방안으로 신재생 에너지를 비롯한 다양한 분산전원이 보급되어 그 수요와 용량이 급증하고 있다.

분산전원 중 신재생 에너지를 활용하는 태양광이나 풍력발전의 경우 전력생산량이 일기상태에 민감하고, 전력의 생산과 수요에 시간차가 존재하므로, 운용 효율의 극대화를 위해서는 에너지 저장 시설의 설치와 함께 배전계통과 계통하는 것이 필요하다. 이와 같은 분산전원에서 생산되는 전력을 부하에 효율적으로 공급하기 위해 에너지 저장장치를 보유하고 배전계통에 계통된 소규모 전력 공급망을 마이크로-그리드(Micro-Grid)라 한다.

마이크로-그리드는 기존에 소비만하던 수용가 중에서 전력 공급망 상에 자체의 발전설비에 의한 자체 소비뿐만 아니라 전력을 공급할 수 있는 능력을 가진 수용가들이 등장하였지만, 기존의 전력 공급망에서 이런 자체발전 수용가는 자급자족만 할 뿐, 전체 네트워크에는 기여하지 못하였던 것을 극복하기 위한 것으로, 전력 공급망에 산재하는 자체발전 수용가에서 생산하는 전기에너지를 활용하여 전체 네트워크의 에너지 활용을 극대화시키기 위한 기술이자 새로운 전력 생산/소비 모델이다.

이처럼, 마이크로-그리드의 분산전원 계통 시스템은 기존의 전원 계통 시스템과는 다르게 전원(Power Source)이 복수개가 설치된다. 이 경우, 부하(Load) 또는 선로에 고장이 발생하면, 고장전류의 흐름이 매우 복잡해지게 되어, 보호 계전기(Intelligent Electronic Device: IED)의 오동작 또는 오부동작이 발생되게 된다.

도1은 종래의 보호 계전기를 갖는 분산전원 계통의 시스템의 구성을 나타낸 구성도이다.

도1에서 도시한 것과 같이, 종래의 분산전원 계통의 시스템은 상용의 전력을 공급하는 전력 공급부(10)와, 개별적인 풍력발전, 태양광발전 등 신재생에너지에서 전력을 이용하여 발전전력을 공급하는 분산 발전부(Distributed Generation: DG)(20)와, 전력 공급부(10) 및 분산 발전부(20)로부터 유입되는 전력을 소모하는 복수의 제1 부하(30a) 및 제2 부하(30b)와, 전력 공급부(10) 및 분산 발전부(20) 사이에 설치되어 계통된 부하측 선로의 단락, 접지 사고 발생 시에 차단기(Circuit Breaker: CB)를 트립시켜 오프(off) 동작시켜 사고 구간을 차단시키는 제1 보호 계전기(40a) 및 제2 보호 계전기(40b)를 포함한다.

도1에서는 2개의 부하가 전력 공급부(10)와 계통된 구성을 나타내고 있으나, 이는 용이한 설명을 위한 실시예로서, 부하의 개수는 이에 한정되지 않는다.

이와 같은 구성을 통해, 상용의 전력 공급부(10)에 정전 등이 발생하여 부하로의 전력 공급이 원활하지 않을 경우, 분산 발전부(20)에서 독립적으로 제1 부하(30a)에 전력을 공급할 수 있다. 이때, 복수의 제1, 2 부하(30a)(30b)는 기 설정된 중요도에 따라 분산 발전부(20)와의 계통을 선택적으로 구성할 수 있다.

그리고 제1 보호 계전기(40a) 및 제2 보호 계전기(40b)는 선로의 단락, 접지 등으로 발생되는 고장전류를 검출하여 차단기(Circuit Breaker: CB)를 트립시켜 오프(off) 동작시킨다.

도1을 참조하여 설명하면, 제1 부하(30a)측 선로의 단락, 접지 사고 발생으로 제1 보호 계전기(40a)에서 고장전류가 검출되면, 제1 보호 계전기(40a)는 차단기를 트립시켜 오프(off) 동작시킴으로써, 해당 선로의 제1 부하(30a)와 전력 공급부(10)를 서로 차단시킨다.

또는 제2 부하(30b)측 선로의 단락, 접지 사고 발생으로 제2 보호 계전기(40b)에서 고장전류가 검출되면, 제2 보호 계전기(40b)는 차단기를 트립시켜 오프(off) 동작시킴으로써, 해당 선로의 제2 부하(30b)와 전력 공급부(10)를 서로 차단시킨다.

이처럼, 보호 계전기는 각각의 선로마다 설치되어 고장전류에 대한 차단기의 트립 동작이 운전된다.

그러나, 위에서도 언급한 것과 같이, 이와 같이 구성되는 분산전원 계통 시스템은 기존의 전원 계통과는 다르게 전원(Power Source)이 복수개가 설치됨에 따라 분류효과(Underreach)가 발생되어, 보호 계전기(Intelligent Electronic Device: IED)의 오동작 또는 오부동작이 발생되는 문제점이 있다. 참고로 분류효과는 분산전원으로 인하여, 소스가 공급하는 고장전류가 원래보다 작아지는 현상으로, 이에 따라, 보호 계전기의 동작범위가 정정범위에 미치지 못하는 현상이다. 예로서, 다단자 전원의 송전선에서 전원의 분류가 발생되어 보호 계전기가 보는 임피던스가 실제 사고지점까지의 임피던스보다 크게 나타나서 고장점이 거리적으로는 동작 범위인데도 오부동작하게 된다.

도2는 종래의 보호 계전기를 갖는 분산전원 계통의 시스템에서 발생되는 문제점을 나타낸 구성도이다.

도2를 참조하여 설명하면, 제1 부하(30a)측 선로에 단락, 접지 사고 등이 발생되면, 해당 선로에는 고장전류(I_{source_Flt})가 발생되게 된다.

이때, 선로에 발생되는 고장전류(I_{source_Flt})는 전력 공급부(10)가 공급하는 전류값(예로서 100A)이 흘러야 하지만, 분산전원 구성으로 분산 발전부(20)에서 공급되는 발전 전류값(I_{DG_Flt})에 의해 분류효과가 발생되어 원래의 고장전류(I_{source_Flt})보다 작은 전류값(예로서 70A)이 흐르게 된다.

이처럼 분류효과로 인해 선로에 고장여부를 검출하기 위한 고장전류보다 낮은 전류값이 흐르게 됨에 따라, 제1 보호 계전기(40a)는 선로의 고장여부의 검출이 이루어지지 못하여 오부동작이 발생되는 문제점을 나타내게 된다.

이를 해소하기 위한 방법으로, 보호 계전기 간의 통신을 통해 타 선로의 고장여부를 확인하는 방법을 일부에서 이용되고 있다.

그러나, 보호 계전기 간의 통신은 서로 간의 응답 신호를 주고받아야 함에 따라 처리량을 증가시키게 되는 문제점을 발생시킨다. 또한, 통신 선로의 고장으로 인해 보호 계전기 간에 연결된 통신망이 차단되는 경우에는 해당 보호 계전기의 동작까지 멈추게 되어, 자칫 더 큰 문제를 발생시키게 된다.

본 발명은, 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, SV(Sampled Value) 신호를 생성하는 SV-RTU(SV 원격단말기)와 보호 계전기(IED)의 통신을 이용하여 마이크로-그리드(Micro-Grid)와 같은 분산전원의 전압, 전류를 측정 및 보호 계전을 수행하는 방향성 보호 계전기(Directional Over Current Ground Relay: DOCGR) 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 표준값(Sampled Value: SV)을 이용한 방향성 보호 계전기는, 전력을 공급하는 전력 공급부; 전력계통과 연계되도록 분산배치된 발전전원을 이용하여 발전전력을 공급하는 분산 발전부(Distributed Generation: DG); 상기 전력 공급부 및 상기 분산 발전부로부터 유입되는 전력을 소모하는 복수의 부하; 상기 전력 공급부 및 분산 발전부 사이에 설치되어 계통된 부하측 선로의 단락 또는 접지 사고 발생 시에 차단기(Circuit Breaker: CB)를 트립시켜 사고 구간을 차단시키는 복수의 보호 계전기; 및 상기 전력 공급부 및 분산 발전부 사이에 위치되는 부하측 선로의 전류를 검출하고, 검출된 전류값 및 전류를 검출한 선로의 위치정보를 보호 계전기로 전송하는 SV-원격부(SV-RTU)를 포함한다.

또한, 상기 SV-원격부(SV-RTU)는 SV 신호를 광통신을 통해 보호 계전기로 전달하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 SV-원격부(SV-RTU)는 복수의 부하와 복수의 보호 계전기 사이에 적어도 하나 이상 구성되어 계통된 각 선로에서 흐르는 전류를 검출하며, 검출된 전류값과 전류를 검출한 선로의 위치정보를 포함하는 SV(Sampled Value) 신호를 생성하여 모든 보호 계전기들로 전달하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 SV-원격부(SV-RTU)는 SV-원격부(SV-RTU)는 상기 전력 공급부에서 공급하는 전력과 상기 분산 발전부에서 공급하는 전력이 합쳐지는 노드 이후 선로에서 전류를 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보호 계전기는 계통 선로에서 측정된 전압값 및 전류값을 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter)와, 상기 SV-원격부(SV-RTU)로부터 전달받은 SV 신호를 수신하는 SV 수신부와, 상기 ADC에서 변환된 디지털 신호 및 상기 SV-원격부(SV-RTU)에서 수신된 SV 신호를 기반으로 DOCGR(Directional Over Current Ground Relay) 동작을 수행하여 선로의 고장 방향을 검출하는 신호 처리부와, 신호 처리부에서 검출된 선로의 고장 방향을 기반으로 보호 영역을 검출하고 해당 영역에 위치하는 차단기를 제어하는 차단기 제어부를 포함한다.

또한, 상기 선로의 고장 방향은 SV 신호에 포함되는 선로의 위치정보를 기반으로 보호 계전기의 위치와 대응시켜 측정된 선로의 위치가 계통되는 부하 측 방향으로의 위치에 해당되는 방향인 것을 특징으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 표준값(Sampled Value: SV)을 이용한 방향성 보호 계전기의 제어방법은, (A) 계통된 부하측 선로의 전압, 전류 데이터를 취득하고, 또한 SV-RTU에서 검출된 전류 데이터 및 위치정보를 포함하는 SV(Sampled Value) 신호를 수신하는 단계; (B) 방향성 보호 계전기는 신호 처리부를 이용하여 취득된 선로의 전압, 전류 데이터(Main CT) 및 SV 신호(aux CT)를 기반으로 DOCGR(Directional Over Current Ground Relay) 동작을 수행하는 단계; (C) 상기 취득된 선로의 전압, 전류 데이터(Main CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과, 검출된 선로가 고장 상태일 경우는 SV 신호(aux CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과를 판단하는 단계; (D) SV 신호(aux CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과, SV 신호를 생성한 선로가 고장 상태일 경우는 고장 방향을 판단하는 단계; (E) 상기 고장 방향 판단 결과, 고장 방향이 계통 선로에 위치되면 차단기 제어부를 통해 차단기를 트립시키는 단계; 및 (F) 상기 고장 방향 판단 결과, 고장 방향이 타 선로에 위치되면 보호 계전기가 보호해야 할 영역에서 사고가 발생이 아닌 것으로 판단하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 (A) 단계는 상기 SV-RTU에서 검출되는 전류 데이터는 전력 공급부에서 공급하는 전력과 분산 발전부에서 공급하는 전력이 합쳐지는 노드 이후 선로에서 검출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 SV 신호(aux CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과, SV 신호를 생성한 선로가 정상 상태일 경우는 방향성 보호 계전기가 보호해야 할 영역에서의 고장발생은 아닌 것으로 판단하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 (D) 단계에서 선로의 고장 방향은 SV 신호에 포함되는 선로의 위치정보를 기반으로 보호 계전기의 위치와 대응시켜 측정된 선로의 위치가 계통되는 부하 측 방향으로의 위치에 해당되는 방향인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (F) 단계는 고장 방향이 위치하는 타 선로와 계통되는 보호 계전기를 제어하여 해당 차단기를 트립시켜 오프(off) 동작시키는 단계를 포함한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 본 발명의 SV를 이용한 방향성 보호 계전기 및 그 제어방법은, 분산전원이 계통된 AC 계통(마이크로-그리드) 시스템에서 분류효과의 악영향을 제거할 수 있어 보호 계전기(Intelligent Electronic Device: IED)의 오동작 또는 오부동작의 발생을 방지하여 시스템 보호에 매우 효과적인 효과가 있다.

또한, 보호 계전기 간의 통신 없이도 타 선로의 고장여부를 확인할 수 있어, 보호 계전기의 오동작 또는 오부동작 발생을 방지할 수 있으며, 빠르고 정확한 보호계전의 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도1은 종래의 보호 계전기를 갖는 분산전원 계통의 시스템의 구성을 나타낸 구성도
도2는 종래의 보호 계전기를 갖는 분산전원 계통의 시스템에서 발생되는 문제점을 나타낸 구성도
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SV를 이용한 방향성 보호 계전기의 구성을 나타낸 구성도
도4는 도3에서 보호 계전기의 구성을 상세히 나타낸 구성도
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SV를 이용한 방향성 보호 계전기의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SV를 이용한 방향성 보호 계전기의 동작을 설명하기 위한 실시예

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SV를 이용한 방향성 보호 계전기 및 그 제어방법에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SV를 이용한 방향성 보호 계전기의 구성을 나타낸 구성도이다. 도3에서 도시된 방향성 보호 계전기의 구성은 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도3에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.

도3에서 도시한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 방향성 보호 계전기는 상용의 전력을 공급하는 전력 공급부(100)와, 개별적인 풍력발전, 태양광발전 등 신재생에너지에서 전력을 이용하여 발전전력을 공급하는 분산 발전부(Distributed Generation: DG)(200)와, 전력 공급부(100) 및 분산 발전부(200)로부터 유입되는 전력을 소모하는 복수의 제1 부하(300a) 및 제2 부하(300b)와, 전력 공급부(100) 및 분산 발전부(200) 사이에 설치되어 계통된 부하측 선로의 단락, 접지 사고 발생 시에 차단기(Circuit Breaker: CB)를 트립시켜 오프(off) 동작시켜 사고 구간을 차단시키는 제1 보호 계전기(400a), 제2 보호 계전기(400b) 및 제3 보호 계전기(400c)와, 전력 공급부(100) 및 분산 발전부(200) 사이에 위치되는 부하측 선로의 전류를 검출하고, 검출된 전류값 및 전류를 검출한 선로의 위치정보를 제1 보호 계전기(400a), 제2 보호 계전기(400b) 및 제3 보호 계전기(400c)로 전송하는 SV-원격부(SV-RTU)(500)를 포함한다. 이때, SV-원격부(SV-RTU)(500)는 SV 신호를 광통신을 통해 보호 계전기로 전달한다.

도3에서는 2개의 부하가 전력 공급부(100)와 계통된 구성을 나타내고 있으나, 이는 용이한 설명을 위한 실시예로서, 부하의 개수는 이에 한정되지 않는다. 또한 SV-RTU(500) 및 보호 계전기는 그 개수 및 위치에 한정되지 않으며, 운영자에 의해 자유롭게 계통의 원하는 장소에 설치 가능하다.

SV-원격부(SV-RTU)(500)는 복수의 부하와 복수의 보호 계전기 사이에 적어도 하나 이상 구성되어 계통된 각 선로에서 흐르는 전류를 검출하며, 검출된 전류값과 전류를 검출한 선로의 위치정보를 포함하는 SV(Sampled Value) 신호를 생성하여 모든 보호 계전기들로 전달한다.

그러나, SV-원격부(SV-RTU)(500)는 SV-원격부(SV-RTU)(500)에서 검출된 전류값에 따라 고장여부를 판단하여야 한다. 이때, 도2에서 설명하고 있는 것과 같이, 분산전원 구성인 경우 분류효과로 인해 원래의 고장전류(I_{source_Flt})보다 작은 전류값(예로서 70A)이 흐르게 된다. 따라서, SV-원격부(SV-RTU)(500)는 분류효과가 나타나지 않는 위치에서 전류를 검출하여야 한다. 즉, SV-원격부(SV-RTU)(500)는 전력 공급부(10)에서 공급하는 전력과 분산 발전부(20)에서 공급하는 전력이 합쳐지는 노드 이후 선로에서 전류를 검출하여야 한다. 이에 따라, SV-원격부(SV-RTU)(500)에서 검출되는 전류값은 분류효과가 발생되지 않는 위치에서 검출된 전류이므로, 원래의 고장전류(I_{source_Flt}) 값을 검출할 수 있게 된다.

또한, 제1 보호 계전기(400a), 제2 보호 계전기(400b) 및 제3 보호 계전기(400c)는 SV-원격부(SV-RTU)(500)로부터 전달받은 SV 신호를 통해 전달되는 선로의 위치정보를 확인할 수 있으며, 이에 따라 검출된 전류의 방향 정보를 이용하여 보호해야 할 영역을 확인할 수 있다.

따라서, 제1 보호 계전기(400a), 제2 보호 계전기(400b) 및 제3 보호 계전기(400c)는 확인된 보호 영역에 위치하는 차단기(Circuit Breaker: CB)를 트립시켜 오프(off) 동작시킨다.

도4는 도3에서 보호 계전기의 구성을 상세히 나타낸 구성도이다. 이때, 제1 보호 계전기(400a), 제2 보호 계전기(400b) 및 제3 보호 계전기(400c)는 동일한 구성을 갖는다.

도4에서 도시한 것과 같이, 보호 계전기는 계통 선로에서 측정된 전압값 및 전류값을 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter)(401)와, SV-원격부(SV-RTU)(500)로부터 전달받은 SV 신호를 수신하는 SV 수신부(402)와, ADC(Analog to Digital Converter)(401)에서 변환된 디지털 신호 및 SV-원격부(SV-RTU)(500)에서 수신된 SV 신호를 기반으로 방향성 보호 계전기(DOCGR(Directional Over Current Ground Relay) 동작을 수행하여 선로의 고장 방향을 검출하는 신호 처리부(403)와, 신호 처리부(403)에서 검출된 선로의 고장 방향을 기반으로 보호 영역을 검출하고 해당 영역에 위치하는 차단기(405)를 제어하는 차단기 제어부(404)를 포함한다.

이때, 선로의 고장 방향은 SV 신호에 포함되는 선로의 위치정보를 기반으로 보호 계전기의 위치와 대응시켜 측정된 선로의 위치가 계통되는 부하 측의 방향에 위치하는지를 확인하는 것이다. 그리고 방향성 보호 계전기로 지락사고 검출 및 보호를 위한 DOCGR에 한정되는 것은 아니며, 단락사고 검출 및 보호를 위한 DOCR(Directional Over Current Relay)도 적용가능하다.

또한, 보호 계전기는 네트워크 상의 컴퓨터를 통해 설정값 변경이나 측정값 등 물리적 공정을 변경하는 명령을 입력받는 HMI(Human Machine Interface)(406)와, 보호 계전기에 필요전력을 공급하는 SMPS(407)를 더 포함할 수 있다.

이러한 구성을 통해, 보호 계전기는 분류효과가 발생되지 않는 위치에서 검출된 고장전류 값을 검출하여 고정여부를 판단함으로써, 분류효과의 악영향을 제거할 수 있어 보호 계전기(Intelligent Electronic Device: IED)의 오동작 또는 오부동작의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 보호 계전기 간의 통신 없이 전류값을 갖는 SV 신호만을 전송하는 SV-RTU(500)를 통한 통신으로 보호 계전기 간의 통신으로 발생되는 문제점을 해결할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 표준값(Sampled Value: SV)을 이용한 방향성 보호 계전기(DOCGR)의 제어방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도3 또는 도4와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 부재를 지칭한다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SV를 이용한 방향성 보호 계전기의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도5를 참조하여 설명하면, 먼저 방향성 보호 계전기는 계통된 부하측 선로의 전압, 전류 데이터를 취득하고, 또한 SV-RTU(500)에서 검출된 전류 데이터 및 위치정보를 포함하는 SV(Sampled Value) 신호를 수신한다(S10).

이때, 방향성 보호 계전기는 분산 발전부(200)와 계통 선로에 연결되는 부하 사이에 위치하는 보호 계전기이다. 예로서, 도3의 제3 보호 계전기(400c)를 말한다.

그리고 SV-RTU(500)는 전력 공급부(10)에서 공급하는 전력과 분산 발전부(20)에서 공급하는 전력이 합쳐지는 노드 이후 선로에서 전류를 검출하여야 한다. 이에 따라, SV-원격부(SV-RTU)(500)에서 검출되는 전류값은 분류효과가 발생되지 않는 위치에서 검출된 전류이므로, 원래의 고장전류(I_{source_Flt}) 값을 검출할 수 있게 된다. 그리고 검출된 전류 데이터와 전류를 검출한 선로의 위치정보를 포함하는 SV(Sampled Value) 신호를 생성하여 방향성 보호 계전기로 전달한다.

이어서, 방향성 보호 계전기는 신호 처리부(403)를 이용하여 취득된 선로의 전압, 전류 데이터(Main CT) 및 SV 신호(aux CT)를 기반으로 DOCGR(Directional Over Current Ground Relay) 동작을 수행한다(S20). 이때, DOCGR 동작은 하나의 일 실시예로서 이에 한정되지 않는다. 이하에서는 용이한 설명을 위해 선로의 고장여부를 DOCGR 동작을 수행하여 판단하는 것으로 설명한다.

상기 취득된 선로의 전압, 전류 데이터(Main CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과(S30), 검출된 선로가 정상 상태일 경우는 계통된 부하측 선로의 전압, 전류 데이터를 취득하는 과정을 반복한다(S10). 즉, 검출된 선로에서 검출된 전류가 고장전류보다 낮은 경우, 검출된 선로는 정상 상태로 판단한다. 이때, 방향성 보호 계전기는 분류효과가 발생되지 않는 분산 발전부(200) 앞 단에 위치함에 따라, 분류효과에 따라 원래의 고장전류(I_{source_Flt})보다 작은 전류값(예로서 70A)이 흐르는 경우는 발생되지 않게 되므로, 고장전류보다 낮은 경우, 검출된 선로는 정상 상태로 판단할 수 있게 된다.

그리고 상기 취득된 선로의 전압, 전류 데이터(Main CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과(S30), 검출된 선로가 고장 상태일 경우는 SV 신호(aux CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과를 판단한다(S40). 즉, 검출된 선로에서 측정된 전류가 고장전류보다 높은 경우, 검출된 선로는 고장 상태로 판단한다.

SV 신호(aux CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과(S40), SV 신호를 생성한 선로가 정상 상태일 경우는 방향성 보호 계전기가 보호해야 할 영역에서의 고장발생은 아닌 것으로 판단한다(S70). 그러나 보호 계전기는 계통에 사고가 발생한 것이므로 적절한 보호 동작을 수립하여 시행한다. 참고로, SV 신호를 생성한 선로가 정상 상태일 경우는 계통 선로가 정상 상태임에 따라, 방향성 보호 계전기의 보호 동작은 크게 필요치 않게 된다.

한편, SV 신호(aux CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과(S40), SV 신호를 생성한 선로가 고장 상태일 경우는 고장 방향을 판단한다(S50). 즉, 검출된 선로에서 측정된 전류가 고장전류보다 높은 경우, 검출된 선로는 고장 상태로 판단한다.

이때, SV-RTU(500)에서 검출되는 전류값은 분류효과가 발생되지 않는 위치에서 검출된 전류이므로, 원래의 고장전류(I_{source_Flt})보다 작은 전류값(예로서 70A)이 흐르는 경우는 발생되지 않게 된다.

또한, 선로의 고장 방향은 SV 신호에 포함되는 선로의 위치정보를 기반으로 보호 계전기의 위치와 대응시켜 측정된 선로의 위치가 계통되는 부하 측의 방향에 위치하는지를 확인하는 것이다.

따라서, 상기 고장 방향 판단 결과(S50), 고장 방향이 계통 선로에 위치되면 보호 계전기가 보호해야 할 영역에서 사고가 발생한 것이므로, 방향성 보호 계전기는 차단기 제어부(404)를 통해 차단기를 트립시켜 오프(off) 동작시킨다(S60).

한편, 상기 고장 방향 판단 결과(S50), 고장 방향이 타 선로에 위치되면 보호 계전기가 보호해야 할 영역에서 사고가 발생이 아닌 것으로 판단한다(S70). 그러나 보호 계전기는 계통에 사고가 발생한 것이므로 적절한 보호 동작을 수립하여 시행한다. 예로서, 고장 방향이 위치하는 타 선로와 계통되는 보호 계전기를 제어하여 해당 차단기를 트립시켜 오프(off) 동작시킬 수 있다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SV를 이용한 방향성 보호 계전기의 동작을 설명하기 위한 실시예이다.

도6을 참조하여 설명하면, 제1 부하(300a)측 선로의 단락, 접지 사고 발생된 경우(F2), 제2 보호 계전기(400b)는 계통된 제1 부하(300a)측 선로의 전압, 전류 데이터를 취득하고, 또한 SV-RTU(500)에서 검출된 전류 데이터 및 위치정보를 포함하는 SV(Sampled Value) 신호를 수신한다.

이어 제2 보호 계전기(400b)는 신호 처리부(403)를 이용하여 취득된 선로의 전압, 전류 데이터(Main CT) 및 SV 신호(aux CT)를 기반으로 DOCGR(Directional Over Current Ground Relay) 동작을 수행한다.

상기 취득된 선로의 전압, 전류 데이터(Main CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과, 검출된 선로가 고장 상태이므로, 제2 보호 계전기(400b)는 SV 신호(aux CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과를 판단한다.

그리고 제2 보호 계전기(400b)는 SV 신호(aux CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과(S40), SV 신호를 생성한 선로가 고장 상태이므로 고장 방향을 판단하며, 고장 방향 판단 결과, 고장 방향이 계통 선로에 위치되므로, 제2 보호 계전기(400b)는 자신이 보호해야 할 영역에서 사고가 발생한 것으로 판단하여, 차단기 제어부(404)를 통해 차단기를 트립시켜 오프(off) 동작시킨다.

한편, 제2 부하(300b)측 선로의 단락, 접지 사고 발생된 경우(F1), 제2 보호 계전기(400b)는 계통된 제2 부하(300b)측 선로의 전압, 전류 데이터를 취득하고, 또한 SV-RTU(500)에서 검출된 전류 데이터 및 위치정보를 포함하는 SV(Sampled Value) 신호를 수신한다.

그리고 제2 보호 계전기(400b)는 SV 신호(aux CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과(S40), SV 신호를 생성한 선로가 정상 상태이므로 방향성 보호 계전기가 보호해야 할 영역에서의 고장발생은 아닌 것으로 판단한다.

그러나 제2 보호 계전기(400b)는 계통에 사고가 발생한 것이므로 적절한 보호 동작을 수립하여 시행한다. 예로서, 고장 방향이 위치하는 타 선로와 계통되는 제1 보호 계전기(400a)를 제어하여 해당 차단기를 트립시켜 오프(off) 동작시킨다.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

100: 전력 공급부 200: 분산 발전부
300a~300c: 부하 400a~400c: 보호 계전기
401: ADC 402: SV 수신부
403: 신호 처리부 404: 차단기 제어부
405: 차단기 406: HMI
407: SMPS 500: SV-원격부(SV-RTU)

Claims

전력을 공급하는 전력 공급부;
전력계통과 연계되도록 분산배치된 발전전원을 이용하여 발전전력을 공급하는 분산 발전부(Distributed Generation: DG);
상기 전력 공급부 및 상기 분산 발전부로부터 유입되는 전력을 소모하는 복수의 부하;
상기 전력 공급부 및 분산 발전부 사이에 설치되어 계통된 부하측 선로의 단락 또는 접지 사고 발생 시에 차단기(Circuit Breaker: CB)를 트립시켜 사고 구간을 차단시키는 복수의 보호 계전기; 및
상기 전력 공급부 및 분산 발전부 사이에 위치되는 부하측 선로의 전류를 검출하고, 검출된 전류값 및 전류를 검출한 선로의 위치정보를 보호 계전기로 전송하는 SV-원격부(SV-RTU)를 포함하는 표준값을 이용한 방향성 보호 계전기.
제1 항에 있어서,
상기 SV-원격부(SV-RTU)는 SV 신호를 광통신을 통해 보호 계전기로 전달하는 것을 특징으로 하는 표준값을 이용한 방향성 보호 계전기.
제1 항에 있어서,
상기 SV-원격부(SV-RTU)는
복수의 부하와 복수의 보호 계전기 사이에 적어도 하나 이상 구성되어 계통된 각 선로에서 흐르는 전류를 검출하며, 검출된 전류값과 전류를 검출한 선로의 위치정보를 포함하는 SV(Sampled Value) 신호를 생성하여 모든 보호 계전기들로 전달하는 것을 특징으로 하는 표준값을 이용한 방향성 보호 계전기.
제1 항에 있어서,
상기 SV-원격부(SV-RTU)는
SV-원격부(SV-RTU)는 상기 전력 공급부에서 공급하는 전력과 상기 분산 발전부에서 공급하는 전력이 합쳐지는 노드 이후 선로에서 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 표준값을 이용한 방향성 보호 계전기.
제1 항에 있어서,
상기 보호 계전기는
계통 선로에서 측정된 전압값 및 전류값을 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter)와,
상기 SV-원격부(SV-RTU)로부터 전달받은 SV 신호를 수신하는 SV 수신부와,
상기 ADC에서 변환된 디지털 신호 및 상기 SV-원격부(SV-RTU)에서 수신된 SV 신호를 기반으로 DOCGR(Directional Over Current Ground Relay) 동작을 수행하여 선로의 고장 방향을 검출하는 신호 처리부와,
신호 처리부에서 검출된 선로의 고장 방향을 기반으로 보호 영역을 검출하고 해당 영역에 위치하는 차단기를 제어하는 차단기 제어부를 포함하는 표준값을 이용한 방향성 보호 계전기.
제5 항에 있어서,
상기 선로의 고장 방향은 SV 신호에 포함되는 선로의 위치정보를 기반으로 보호 계전기의 위치와 대응시켜 측정된 선로의 위치가 계통되는 부하 측 방향으로의 위치에 해당되는 방향인 것을 특징으로 하는 표준값을 이용한 방향성 보호 계전기.
(A) 계통된 부하측 선로의 전압, 전류 데이터를 취득하고, 또한 SV-RTU에서 검출된 전류 데이터 및 위치정보를 포함하는 SV(Sampled Value) 신호를 수신하는 단계;
(B) 방향성 보호 계전기는 신호 처리부를 이용하여 취득된 선로의 전압, 전류 데이터(Main CT) 및 SV 신호(aux CT)를 기반으로 DOCGR(Directional Over Current Ground Relay) 동작을 수행하는 단계;
(C) 상기 취득된 선로의 전압, 전류 데이터(Main CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과, 검출된 선로가 고장 상태일 경우는 SV 신호(aux CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과를 판단하는 단계;
(D) SV 신호(aux CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과, SV 신호를 생성한 선로가 고장 상태일 경우는 고장 방향을 판단하는 단계;
(E) 상기 고장 방향 판단 결과, 고장 방향이 계통 선로에 위치되면 차단기 제어부를 통해 차단기를 트립시키는 단계; 및
(F) 상기 고장 방향 판단 결과, 고장 방향이 타 선로에 위치되면 보호 계전기가 보호해야 할 영역에서 사고가 발생이 아닌 것으로 판단하는 단계를 포함하는 표준값을 이용한 방향성 보호 계전기의 제어방법.
제7 항에 있어서,
상기 (A) 단계는
상기 SV-RTU에서 검출되는 전류 데이터는 전력 공급부에서 공급하는 전력과 분산 발전부에서 공급하는 전력이 합쳐지는 노드 이후 선로에서 검출되는 것을 특징으로 하는 표준값을 이용한 방향성 보호 계전기의 제어방법.
제7 항에 있어서,
상기 SV 신호(aux CT)에 따른 DOCGR의 연산 결과, SV 신호를 생성한 선로가 정상 상태일 경우는 방향성 보호 계전기가 보호해야 할 영역에서의 고장발생은 아닌 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 표준값을 이용한 방향성 보호 계전기의 제어방법.
제7 항에 있어서,
상기 (D) 단계에서 선로의 고장 방향은 SV 신호에 포함되는 선로의 위치정보를 기반으로 보호 계전기의 위치와 대응시켜 측정된 선로의 위치가 계통되는 부하 측 방향으로의 위치에 해당되는 방향인 것을 특징으로 표준값을 이용한 방향성 보호 계전기의 제어방법.
제7 항에 있어서,
상기 (F) 단계는 고장 방향이 위치하는 타 선로와 계통되는 보호 계전기를 제어하여 해당 차단기를 트립시켜 오프(off) 동작시키는 단계를 포함하는 표준값을 이용한 방향성 보호 계전기의 제어방법.