KR20220001898A - 분산 전원이 연결된 전력 계통에서 안정된 보호를 수행하는 과전류 계전기 및 그 방법 - Google Patents

분산 전원이 연결된 전력 계통에서 안정된 보호를 수행하는 과전류 계전기 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

분산 전원이 연결된 전력 계통에서 안정된 보호를 수행하는 과전류 계전기에 관한 것으로, 계통에 연결된 분산 전원의 출력 전류를 수집하여, 출력 전류의 변동치에 따라 영향 상수를 산출하고, 계통 전원으로부터 부하 측으로 연결되는 선로의 선로 전류와 산출된 영향 상수를 이용하여, 선로 상의 임의의 지점에서 발생하는 고장 전류가 보상되도록 동작 변수를 산출하며, 동작 변수에 따라 보호 동작을 수행하는 과전류 계전기를 제공한다.

Description

분산 전원이 연결된 전력 계통에서 안정된 보호를 수행하는 과전류 계전기 및 그 방법{OVERCURRENT RELAY AND METHOD FOR PERFORMING STABLE PROTECTION IN A DISTRIBUTED POWER GRID}
본 발명은 분산 전원이 연결된 전력 계통에서 안정된 보호를 수행하는 과전류 계전기 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 분산 전원이 연결된 전력 계통에서 보호 동작을 수행하는 과전류 계전기 및 그 방법에 관한 것이다.
과전류 계전기는 계통에 고장이 발생하여, 매우 큰 고장전류가 흐르는 경우에, 차단기가 선로를 차단하도록 제어하는 보호계전기다. 과전류 계전기는 설정해놓은 임계값 이상의 고장전류가 지속적으로 감지되면, 과전류 계전기의 내부 연산에 따른 값을 누적하며, 누적된 값이 1을 초과하는 경우에 차단기를 동작시킨다.
그러나, 계통에 분산전원이 연계되면, 분산전원이 연계된 위치에 따라 고장 전류의 크기가 증가하거나, 또는 감소하게 되며, 이러한 영향으로 과전류 계전기의 트립 시간(Ttrip)이 느려지거나, 빨라지게 된다. 특히, 후비 과전류 계전기의 경우에, 트립 지연이 심각하게 일어나게 되며, 트립 지연이 과도하게 발생하는 경우에, 과전류 계전기의 오부동작이 발생하기도 한다.
구체적으로, 과전류 계전기는 분산 전원이 계통에 연계되기 전에 세팅된 값과 전위와 후비의 과전류 계전기간 CTI (Coordination Time Interval)이 달라지므로 보호 협조에 오류가 생기게 된다. 이에 따라, 과전류 계전기는 고장 전류로부터 이상적인 계통의 보호를 위해, 분산 전원의 연계 여부과 관계없이 일정한 CTI를 유지할 필요가 있으며, 트립 시간도 일정할 필요가 있다.
이와 관련하여, 분산 전원의 영향에 대해 과전류 계전기를 정정하기 위한 기존의 방법은 TD(Time Dial) 값이나, 픽업 전류값(Ipickup)을 수정하는 것이다. 그러나, 분산 전원은 출력이 일정하지 않고 실시간으로 변화가 발생하는데, 분산 전원의 출력 변화에 따라 지속적으로 과전류 계전기의 설정 값을 수정하는 것은 매우 어려운 단점이 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전력 계통의 임의의 지점에 분산 전원이 연결되는 경우에도 안정된 보호를 수행 가능하도록 마련되는 과전류 계전기 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면은, 계통 전원으로부터 부하 측으로 연결되는 선로의 선로 전류를 측정하는 선로 전류 측정부; 상기 계통 전원이 마련되는 계통에 연결된 분산 전원의 출력 전류를 수집하는 출력 전류 수집부; 상기 출력 전류의 변동치에 따라 영향 상수를 산출하는 제 1 연산부; 상기 선로 전류와 상기 영향 상수를 이용하여, 상기 선로 상의 임의의 지점에서 발생하는 고장 전류가 보상되도록 동작 변수를 산출하는 제 2 연산부; 및 상기 동작 변수에 따라 보호 동작을 수행하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 영향 상수는, 상기 선로 전류가 측정되는 선로의 지점으로부터 상기 분산 전원이 상기 계통에 연결되는 지점이 멀어질수록 상기 영향 상수의 절대값이 작아지도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 영향 상수는, 상기 선로 전류가 측정되는 선로의 지점으로부터 상기 계통 전원 측으로 연결되는 선로 상의 임의의 지점에 상기 분산 전원이 연결되는 경우, 음수로 산출되도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 영향 상수는, 상기 선로 전류가 측정되는 선로의 지점으로부터 상기 부하 측으로 연결되는 선로 상의 임의의 지점에 상기 분산 전원이 연결되는 경우, 양수로 산출되도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 동작 변수와 사전에 설정되는 기준 값을 비교하고, 상기 동작 변수가 상기 기준 값보다 큰 경우, 보호 동작을 수행하도록 마련되는 트립 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 제 1 연산부는, 상기 계통에 연결되는 분산 전원으로부터 출력되는 출력 전류의 변화에 대해, 상기 고장 전류가 발생한 시점으로부터 상기 보호 동작이 수행되는 시점까지의 시간 간격을 나타내는 트립 시간이 일정해지도록 마련되는 상기 영향 상수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제 1 연산부는, 상기 출력 전류의 변동치를 상기 출력 전류와 사전에 설정되는 동작 전류를 곱한 값으로 나누고, 계산된 결과 값의 부호를 변경하여 상기 영향 상수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제 2 연산부는, 상기 선로 전류를 사전에 설정되는 동작 전류로 나눈 값과 상기 영향 상수와 상기 출력 전류를 곱한 값의 합으로 나타나는 상기 동작 변수를 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 일측면은, 분산 전원이 연결된 전력 계통에서 과전류 계전기를 이용하는 과전류 계전 방법에 있어서, 계통 전원으로부터 부하 측으로 연결되는 선로의 선로 전류를 측정하는 단계; 상기 계통 전원이 마련되는 계통에 연결된 분산 전원의 출력 전류를 수집하는 단계; 상기 출력 전류의 변동치에 따라 영향 상수를 산출하는 단계; 상기 선로 전류와 상기 영향 상수를 이용하여, 상기 선로 상의 임의의 지점에서 발생하는 고장 전류가 보상되도록 동작 변수를 산출하는 단계; 및 상기 동작 변수에 따라 보호 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 영향 상수는, 상기 선로 전류가 측정되는 선로의 지점으로부터 상기 분산 전원이 상기 계통에 연결되는 지점이 멀어질수록 상기 영향 상수의 절대값이 작아지도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 영향 상수는, 상기 선로 전류가 측정되는 선로의 지점으로부터 상기 계통 전원 측으로 연결되는 선로 상의 임의의 지점에 상기 분산 전원이 연결되는 경우, 음수로 산출되도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 영향 상수는, 상기 선로 전류가 측정되는 선로의 지점으로부터 상기 부하 측으로 연결되는 선로 상의 임의의 지점에 상기 분산 전원이 연결되는 경우, 양수로 산출되도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 보호 동작을 수행하는 단계는, 상기 동작 변수와 사전에 설정되는 기준 값을 비교하고, 상기 동작 변수가 상기 기준 값보다 큰 경우, 보호 동작을 수행하도록 마련되는 트립 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 영향 상수를 산출하는 단계는, 상기 계통에 연결되는 분산 전원으로부터 출력되는 출력 전류의 변화에 대해, 상기 고장 전류가 발생한 시점으로부터 상기 보호 동작이 수행되는 시점까지의 시간 간격을 나타내는 트립 시간이 일정해지도록 마련되는 상기 영향 상수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 영향 상수를 산출하는 단계는, 상기 출력 전류의 변동치를 상기 출력 전류와 사전에 설정되는 동작 전류를 곱한 값으로 나누고, 계산된 결과 값의 부호를 변경하여 상기 영향 상수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 동작 변수를 산출하는 단계는, 상기 선로 전류를 사전에 설정되는 동작 전류로 나눈 값과 상기 영향 상수와 상기 출력 전류를 곱한 값의 합으로 나타나는 상기 동작 변수를 산출할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 분산 전원이 연결된 전력 계통에서 안정된 보호를 수행하는 과전류 계전기 및 그 방법을 제공함으로써, 전력 계통의 임의의 지점에 분산 전원이 연결되는 경우에도 안정된 보호를 수행할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 계전기의 개략도이다.
도2는 도1의 과전류 계전기의 제어블록도이다.
도3은 도2의 제어부에서 보호 동작을 수행하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도4 내지 도6은 도1의 분산 전원이 연결되는 계통의 일 실시예를 나타낸 모의 배전계통도이다.
도7은 계통에 연결되는 분산 전원의 위치에 따라 과전류 계전기에서 산출되는 영향 상수의 변화를 나타낸 그래프이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 계전 방법의 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 계전기의 개략도이다.
과전류 계전기(400)는 계통 전원(100)으로부터 부하(200) 측으로 연결되는 선로(500)에 설치될 수 있다.
여기에서, 계통 전원(100)은 교류 전원 및 교류 전원에 연결되는 변압기를 포함할 수 있으며, 교류 전원과 변압기 사이에는 보호 장치가 구축될 수 있다.
이에 따라, 선로(500)는 계통 전원(100)으로부터 출력되는 전력을 부하(200)에 전달하도록 마련될 수 있으며, 이때, 계통 전원(100)으로부터 부하(200)까지의 영역을 계통으로 이해할 수 있다.
이와 관련하여, 계통은 계통 전원(100) 및 부하(200)를 포함할 수 있으며, 계통은 계통 전원(100)에 연결되는 모선, 차단기(300), 과전류 계전기(400), 선로(500), 분산 전원(600)(DG: Distributed Generation) 등의 전기 설비를 포함할 수 있다.
여기에서, 분산 전원(600)은 교류 전력을 발전하도록 마련되는 회전기 타입(Rotating-type Generator)의 동기기 및 유도기 등을 이용하는 풍력 발전(Wind-Turbine) 등을 포함할 수 있으며, 또한, 분산 전원(600)은 직류 전력을 발전하도록 마련되는 정적인 타입(Static-type Generator)의 태양광 발전(Photovoltaic array) 또는 연료전지(Fuel Cell) 등을 더 포함할 수 있다.
이와 같은, 분산 전원(600)은 인버터 또는 컨버터를 통해 계통에 연결되어, 전력을 공급할 수 있으며, 또한, 분산 전원(600)은 계통의 각 노드에 구비되는 FRTU(Feeder Remote Terminal Unit)에서 분산 전원(600)의 출력 전압, 출력 전류, 역류 및 발전량 등의 정보를 계측할 수 있다.
한편, 계통은 복수개의 부하(200)를 포함할 수 있으며, 이러한 경우에, 과전류 계전기(400)는 각각의 부하(200)에 연결되는 선로(500)에 설치될 수 있다.
예를 들어, 과전류 계전기(400)는 계통 전원(100)에 연결된 모선과 임의의 부하(200)가 연결되는 선로(500)에 설치될 수 있으며, 또한, 과전류 계전기(400)는 임의의 부하(200)가 선로(500)에 연결된 지점으로부터 다른 부하(200)가 연결되는 선로(500)에 설치될 수 있다.
여기에서, 과전류 계전기(400)는 차단기(300)에 포함될 수 있으며, 이러한 경우에, 과전류 계전기(400)는 선로(500)에 흐르는 선로 전류를 측정하여, 선로 전류에 따라, 단락 사고 등의 전기적 사고에 의한 고장 전류가 발생한 것으로 경우에, 차단기(300)가 선로(500)를 차단하도록 마련될 수 있다.
여기에서, 선로 전류는 선로(500)에 흐르는 선전류를 의미할 수 있다.
한편, 차단기(300)는 선로(500)에서 차단기(300)의 정격 전류 이상의 고장 전류가 발생하는 경우에, 선로(500)를 전기적으로 차단하도록 마련될 수 있다.
또한, 차단기(300)는 과전류 계전기(400)로부터 차단기(300)가 선로(500)를 차단하도록 마련되는 트립 신호가 전달되는 경우에, 선로(500)를 전기적으로 차단할 수도 있다.
여기에서, 트립 신호는 과전류 계전기(400)가 선로(500)에 고장 전류가 발생한 것으로 판단하여, 차단기(300)가 선로(500)를 전기적으로 차단하도록 마련되는 신호일 수 있으며, 이때, 선로(500)에 고장 전류가 발생한 시점으로부터 과전류 계전기(400)가 선로(500)에 고장 전류가 발생한 것으로 판단하여 트립 신호를 생성하는 시점까지의 시간 간격은 트립 시간으로 명명될 수 있다.
다시 말해서, 트립 시간은 전기적 사고에 의해, 선로(500)에 고장 전류가 발생한 시점으로부터 과전류 계전기(400)가 선로(500)에 고장 전류가 발생한 것으로 판단하는 시점까지의 시간 간격을 나타낼 수 있다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 계전기(400)에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도2는 도1의 과전류 계전기의 제어블록도이다.
과전류 계전기(400)는 선로 전류 측정부(410), 출력 전류 수집부(420), 제 1 연산부(430), 제 2 연산부(440) 및 제어부(450)를 포함할 수 있다.
선로 전류 측정부(410)는 계통 전원(100)으로부터 부하(200) 측으로 연결되는 선로(500)의 선로 전류를 측정할 수 있다.
이를 위해, 선로 전류 측정부(410)는 변류기 또는 변압기의 형태로 선로(500)에 연결되어, 선로(500)에 흐르는 선로 전류를 측정할 수 있다.
출력 전류 수집부(420)는 계통 전원(100)이 마련되는 계통에 연결된 분산 전원(600)의 출력 전류를 수집할 수 있다. 이때, 출력 전류 수집부(420)는 분산 전원(600)으로부터 계통에 연결되는 배전선로에 흐르는 전류를 수집할 수 있다.
제 1 연산부(430)는 수집된 출력 전류의 변동치에 따라 영향 상수를 산출할 수 있다. 이때, 제 1 연산부(430)는 아래의 수학식 1에 따라 영향 상수를 산출할 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서, K_DG는 영향 상수를 나타낼 수 있으며, I_pickup은 과전류 계전기(400)가 보호 동작을 수행하도록 설정되는 동작 전류를 나타낼 수 있다. 또한, I_DG는 분산 전원(600)의 출력 전류를 나타낼 수 있으며, 이에 따라, I'_DG는 출력 전류의 변동치를 나타낼 수 있다.
이에 따라, 제 1 연산부(430)는 출력 전류의 변동치를 출력 전류와 사전에 설정되는 동작 전류를 곱한 값으로 나누고, 계산된 결과 값의 부호를 변경하여 영향 상수를 산출할 수 있다.
여기에서, 계산된 결과 값의 부호를 변경하는 것은 계산된 결과 값에 '-1'을 곱하는 것으로 이해할 수 있다. 이에 따라, 영향 상수는 출력 전류의 변동치를 출력 전류와 동작 전류를 곱한 값으로 나눈 결과 값이 음수인 경우에, 제 1 연산부(430)에 의해 양수로 산출될 수 있으며, 영향 상수는 출력 전류의 변동치를 출력 전류와 동작 전류를 곱한 값으로 나눈 결과 값이 양수인 경우에, 제 1 연산부(430)에 의해 음수로 산출될 수 있다.
이에 따라, 영향 상수는 계통에 연결되는 분산 전원(600)으로부터 출력되는 출력 전류의 변화에 대해, 트립 시간이 일정해지도록 마련될 수 있으며, 이를 위해, 제 1 연산부(430)는 계통에 연결되는 분산 전원(600)으로부터 출력되는 출력 전류의 변화에 대해, 선로(500)에서 고장 전류가 발생한 시점으로부터 차단기(300)의 보호 동작이 수행되는 시점까지의 시간 간격을 나타내는 트립 시간이 일정해지도록 마련되는 영향 상수를 산출할 수 있다.
이와 관련하여, 영향 상수는 선로 전류가 측정되는 선로의 지점으로부터 분산 전원(600)이 계통에 연결되는 지점이 멀어질수록 영향 상수의 절대값이 작아지도록 마련될 수 있으며, 이는, 과전류 계전기(400)에 미치는 분산 전원(600)의 출력 전류의 영향에 따라, 제 1 연산부(430)에서 산출되는 영향 상수의 절대값이 작아지는 것으로 이해할 수 있다.
여기에서, 선로 전류가 측정되는 선로의 지점은 계통에서 과전류 계전기(400)가 선로(500)에 연결되는 지점을 의미할 수 있다.
또한, 영향 상수는 선로 전류가 측정되는 선로(500)의 지점으로부터 계통 전원(100) 측으로 연결되는 선로(500) 상의 임의의 지점에 분산 전원이 연결되는 경우에, 음수로 산출되도록 마련될 수 있으며, 영향 상수는 선로 전류가 측정되는 선로(500)의 지점으로부터 부하(200) 측으로 연결되는 선로(500) 상의 임의의 지점에 분산 전원(600)이 연결되는 경우에, 양수로 산출되도록 마련될 수 있다.
이는, 제 1 연산부(430)가 과전류 계전기(400)가 설치된 지점에서 검출되는 분산 전원(600)의 출력 전류의 방향에 따라 영향 상수를 산출하는 것으로 이해할 수 있다.
제 2 연산부(440)는 선로 전류와 영향 상수를 이용하여, 선로(500) 상의 임의의 지점에서 발생하는 고장 전류가 보상되도록 동작 변수를 산출할 수 있다. 이때, 제 2 연산부(440)는 아래의 수학식 2에 따라 동작 변수를 산출할 수 있다.
Figure pat00002
수학식 2에서, M_new는 동작 변수를 나타낼 수 있고, K_DG는 영향 상수를 나타낼 수 있으며, I_pickup은 과전류 계전기(400)가 보호 동작을 수행하도록 설정되는 동작 전류를 나타낼 수 있다. 또한, I_DG는 분산 전원(600)의 출력 전류를 나타낼 수 있으며, 이에 따라, I'_DG는 출력 전류의 변동치를 나타낼 수 있다. 또한, I_f^DG는 계통에 분산 전원(600)이 연결된 경우에 선로(500)에 흐르는 선로 전류를 나타낼 수 있고, I_f는 계통에서 발생하는 전기적 사고에 따라, 선로(500)에 나타나는 고장 전류를 나타낼 수 있다.
이에 따라, 제 2 연산부(440)는 선로 전류를 사전에 설정되는 동작 전류로 나눈 값과 영향 상수와 출력 전류를 곱한 값의 합으로 나타나는 동작 변수를 산출할 수 있다.
제어부(450)는 동작 변수에 따라 보호 동작을 수행할 수 있다. 여기에서, 보호 동작은 제어부(450)가 트립 신호를 생성하여, 차단기(300)가 선로(500)를 전기적으로 차단하도록 트립 신호를 차단기(300)에 전달하는 것일 수 있다.
이를 위해, 제어부(450)는 동작 변수와 사전에 설정되는 기준 값을 비교할 수 있고, 제어부(450)는 동작 변수가 기준 값보다 큰 경우에, 보호 동작을 수행하도록 마련되는 트립 신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 사전에 설정되는 기준 값은 1로 설정될 수 있으며, 이러한 경우에, 제어부(450)는 제 2 연산부(440)에서 산출되는 동작 변수가 1을 초과하는 경우에, 트립 신호를 생성할 수 있다.
이와 관련하여, 전기적 사고에 의해, 선로(500)에 고장 전류가 발생한 시점으로부터 제어부(450)에서 트립 신호가 생성되는 시점까지의 트립 시간은 아래의 수학식 3에 따라 계산될 수 있다.
Figure pat00003
수학식 3에서, T_trip은 트립 시간을 나타낼 수 있고, M은 동작 변수를 나타낼 수 있다. 또한, TD는 시간 다이얼(Time Dial)을 나타낼 수 있고, A, B, P는 과전류 계전기(400)의 특성 값을 나타낼 수 있으며, 여기에서, TD, A, B, P는 사전에 설정되는 값으로 이해할 수 있다.
여기에서, 동작 변수는 계통에 연결되는 분산 전원(600)으로부터 출력되는 출력 전류의 변화에 따라 변하는 영향 상수에 따라 일정한 값으로 유지될 수 있으므로, 트립 시간은 영향 상수에 의해 일정한 값으로 유지되는 동작 변수에 따라 일정한 시간 간격으로 나타날 수 있다.
이와 같이, 과전류 계전기(400)는 계통에 연결된 분산 전원(600)에 의해 선로 전류가 변화하여도, 고장 전류의 발생에 따른 트립 시간이 일정하게 나타나는 효과가 존재할 수 있다.
도3은 도2의 제어부에서 보호 동작을 수행하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도3을 참조하면, 선로 전류 측정부(410)는 계통 전원(100)으로부터 부하(200) 측으로 연결되는 선로(500)의 선로 전류를 측정할 수 있다.
또한, 출력 전류 수집부(420)는 계통 전원(100)이 마련되는 계통에 연결된 분산 전원(600)의 출력 전류를 수집할 수 있다.
이에 따라, 제 1 연산부(430)는 수집된 출력 전류의 변동치에 따라 영향 상수를 산출할 수 있다.
이를 위해, 제 1 연산부(430)는 출력 전류의 변동치를 출력 전류와 사전에 설정되는 동작 전류를 곱한 값으로 나누고, 계산된 결과 값의 부호를 변경하여 영향 상수를 산출할 수 있다.
이와 관련하여, 영향 상수는 계통에 연결되는 분산 전원(600)으로부터 출력되는 출력 전류의 변화에 대해, 트립 시간이 일정해지도록 마련될 수 있으며, 이를 위해, 제 1 연산부(430)는 계통에 연결되는 분산 전원(600)으로부터 출력되는 출력 전류의 변화에 대해, 선로(500)에서 고장 전류가 발생한 시점으로부터 차단기(300)의 보호 동작이 수행되는 시점까지의 시간 간격을 나타내는 트립 시간이 일정해지도록 마련되는 영향 상수를 산출할 수 있다.
또한, 영향 상수는 선로 전류가 측정되는 선로의 지점으로부터 분산 전원(600)이 계통에 연결되는 지점이 멀어질수록 영향 상수의 절대값이 작아지도록 마련될 수 있으며, 이는, 과전류 계전기(400)에 미치는 분산 전원(600)의 출력 전류의 영향에 따라, 제 1 연산부(430)에서 산출되는 영향 상수의 절대값이 작아지는 것으로 이해할 수 있다.
제 2 연산부(440)는 선로 전류와 영향 상수를 이용하여, 선로(500) 상의 임의의 지점에서 발생하는 고장 전류가 보상되도록 동작 변수를 산출할 수 있다.
이를 위해, 제 2 연산부(440)는 선로 전류를 사전에 설정되는 동작 전류로 나눈 값과 영향 상수와 출력 전류를 곱한 값의 합으로 나타나는 동작 변수를 산출할 수 있다.
이에 따라, 제어부(450)는 동작 변수에 따라 보호 동작을 수행할 수 있다. 여기에서, 보호 동작은 제어부(450)가 트립 신호를 생성하여, 차단기(300)가 선로(500)를 전기적으로 차단하도록 트립 신호를 차단기(300)에 전달하는 것일 수 있다.
이를 위해, 제어부(450)는 동작 변수와 사전에 설정되는 기준 값을 비교할 수 있고, 제어부(450)는 동작 변수가 기준 값보다 큰 경우에, 보호 동작을 수행하도록 마련되는 트립 신호를 생성할 수 있다.
이에 따라, 차단기(300)는 제어부(450)로부터 트립 신호를 전달받는 경우에, 선로를 전기적으로 차단하도록 보호 동작을 수행할 수 있다.
도4 내지 도6은 도1의 분산 전원이 연결되는 계통의 일 실시예를 나타낸 모의 배전계통도이다.
여기에서, 각각의 선로(500a, 500b, 500c, 500d)는 2.5 Km 길이로 설정된 것으로 이해할 수 있다.
도4를 참조하면, 계통의 모선에 분산 전원(600a)이 연결되고, 두번째 부하(200b)가 계통에 접속되는 지점에서 고장이 발생한 것을 확인할 수 있다.
이러한 경우에, 분산 전원(600a)은 제 1 과전류 계전기(400a)와 제 2 과전류 계전기(400b)에 대해, 계통 전원(100) 측에 연결되므로, 제 1 과전류 계전기(400a)와 제 2 과전류 계전기(400b)에서 검출되는 고장 전류의 크기가 분산 전원(600)이 연결되지 않은 경우에 비하여 커질 수 있다.
이에 따라, 제 1 과전류 계전기(400a)와 제 2 과전류 계전기(400b)에서 산출되는 트립 시간은 제 1 과전류 계전기(400a)와 제 2 과전류 계전기(400b)에서 검출되는 고장 전류에 따라, 계통에 분산 전원(600)이 연결되지 않은 경우에 비하여 빨라질 수 있다.
또한, 분산 전원(600a)은 제 1 과전류 계전기(400a)와 제 2 과전류 계전기(400b)에 대해, 계통 전원(100) 측에 연결되므로, 제 1 과전류 계전기(400a)와 제 2 과전류 계전기(400b)에서 각각 산출되는 영향 상수는 음수로 나타날 수 있다.
이때, 트립 시간이 변화하는 것은 분산 전원(600)의 출력 전류를 고려하지 않는 종래의 과전류 계전기를 이용하는 경우에 발생하는 것으로 이해할 수 있다.
도5를 참조하면, 제 1 과전류 계전기(400a)와 제 2 과전류 계전기(400b)의 사이에 분산 전원(600b)이 연결되고, 두번째 부하(200b)가 계통에 접속되는 지점에서 고장이 발생한 것을 확인할 수 있다.
이러한 경우에, 분산 전원(600b)은 제 1 과전류 계전기(400a)에 대해, 부하(200) 측에 연결되므로, 제 1 과전류 계전기(400a)에서 검출되는 고장 전류의 크기가 분산 전원(600)이 연결되지 않은 경우에 비하여 작아질 수 있다.
이에 따라, 제 1 과전류 계전기(400a)에서 산출되는 트립 시간은 제 1 과전류 계전기(400a)에서 검출되는 고장 전류에 따라, 계통에 분산 전원(600)이 연결되지 않은 경우에 비하여 느려질 수 있다.
또한, 분산 전원(600b)은 제 2 과전류 계전기(400b)에 대해, 계통 전원(100) 측에 연결되므로, 제 2 과전류 계전기(400b)에서 검출되는 고장 전류의 크기가 분산 전원(600)이 연결되지 않은 경우에 비하여 커질 수 있다.
이에 따라, 제 2 과전류 계전기(400b)에서 산출되는 트립 시간은 제 2 과전류 계전기(400b)에서 검출되는 고장 전류에 따라, 계통에 분산 전원(600)이 연결되지 않은 경우에 비하여 빨라질 수 있다.
한편, 분산 전원(600b)은 제 1 과전류 계전기(400a)에 대해, 부하(200) 측에 연결되므로, 제 1 과전류 계전기(400a)에서 산출되는 영향 상수는 양수로 나타날 수 있다.
또한, 분산 전원(600b)은 제 2 과전류 계전기(400b)에 대해, 계통 전원(100) 측에 연결되므로, 제 2 과전류 계전기(400b)에서 산출되는 영향 상수는 음수로 나타날 수 있다.
이때, 트립 시간이 변화하는 것은 분산 전원(600)의 출력 전류를 고려하지 않는 종래의 과전류 계전기를 이용하는 경우에 발생하는 것으로 이해할 수 있다.
도6을 참조하면, 제 2 과전류 계전기(400b)와 두번째 부하(200b)의 사이에 분산 전원(600c)이 연결되고, 두번째 부하(200b)가 계통에 접속되는 지점에서 고장이 발생한 것을 확인할 수 있다.
이러한 경우에, 분산 전원(600c)은 제 1 과전류 계전기(400a)와 제 2 과전류 계전기(400b)에 대해, 부하(200) 측에 연결되므로, 제 1 과전류 계전기(400a)와 제 2 과전류 계전기(400b)에서 검출되는 고장 전류의 크기가 분산 전원(600)이 연결되지 않은 경우에 비하여 작아질 수 있다.
이에 따라, 제 1 과전류 계전기(400a)와 제 2 과전류 계전기(400b)에서 산출되는 트립 시간은 제 1 과전류 계전기(400a)와 제 2 과전류 계전기(400b)에서 각각 검출되는 고장 전류에 따라, 계통에 분산 전원(600)이 연결되지 않은 경우에 비하여 느려질 수 있다.
또한, 분산 전원(600c)은 제 1 과전류 계전기(400a)와 제 2 과전류 계전기(400b)에 대해, 부하(200) 측에 연결되므로, 제 1 과전류 계전기(400a)와 제 2 과전류 계전기(400b)에서 각각 산출되는 영향 상수는 양수로 나타날 수 있다.
이때, 트립 시간이 변화하는 것은 분산 전원(600)의 출력 전류를 고려하지 않는 종래의 과전류 계전기를 이용하는 경우에 발생하는 것으로 이해할 수 있다.
이와 관련하여, 아래의 표 1은 분산 전원(600)이 연결되는 위치에 따라 과전류 계전기(400)에서 발생하는 트립 시간의 변화를 나타낸 표이다.
Figure pat00004
표 1의 종래 방법은 분산 전원(600)의 출력 전류를 고려하지 않는 종래의 과전류 계전기를 이용하는 것으로 이해할 수 있다.
또한, 연계 위치의 (a), (b), (c)는 도4 내지 도6에 따라 분산 전원(600a, 600b, 600c)이 계통에 연결되는 위치를 나타내는 것으로 이해할 수 있으며, t(OCR1)은 도 4 내지 6의 제 1 과전류 계전기(400a)의 위치에 설치된 종래의 과전류 계전기 또는 본원 발명의 과전류 계전기(400)를 나타내는 것으로 이해할 수 있고, t(OCR2)는 도 4 내지 6의 제 2 과전류 계전기(400b)의 위치에 설치된 종래의 과전류 계전기 또는 본원 발명의 과전류 계전기(400)를 나타내는 것으로 이해할 수 있다.
또한, 표 1의 without DG는 계통에 분산 전원(600)이 연결되지 않은 상태를 나타낼 수 있으며, with DG는 계통에 분산 전원(600)이 연결된 상태를 나타낼 수 있다.
또한, K_DG_OCR1은 제 1 과전류 계전기(400a)에서 산출된 영향 상수를 나타낼 수 있으며, K_DG_OCR2는 제 2 과전류 계전기(400b)에서 산출된 영향 상수를 나타낼 수 있다.
이에 따라, 종래의 방법에서는 계통에 분산 전원(600)이 연결되는 경우에, 트립 시간이 느려지거나, 또는 빨라지는 현상이 발생하게 된다. 이때, 트립 시간은 계통에 연결되는 분산 전원(600)과 과전류 계전기의 위치 차이에 따라 다르게 변화하게 된다.
구체적으로, 종래의 방법에서, 트립 시간은 분산 전원(600a)이 계통의 (a) 위치에 연결되는 경우에, 전위의 경우, 0.007 초 빨라지게 되고, 후비의 경우, 0.002 초 빨라지게 된다.
또한, 종래의 방법에서, 트립 시간은 분산 전원(600b)이 계통의 (b) 위치에 연결되는 경우에, 전위의 경우, 0.140 초 느려지게 되고, 후비의 경우, 0.014 초 빨라지게 된다.
또한, 종래의 방법에서, 트립 시간은 분산 전원(600c)이 계통의 (c) 위치에 연결되는 경우에, 전위의 경우, 0.087 초 느려지게 되고, 후비의 경우, 0.023 초 느려지게 된다.
한편, 본원 발명에서, 트립 시간은 분산 전원(600)이 계통의 어느 위치에 연결되는 경우에도, 변화하지 않는 것으로 이해할 수 있다.
이때, 본원 발명에서, 제 1 과전류 계전기(400a)에서 산출되는 영향 상수는 분산 전원(600a)이 계통의 (a) 위치에 연결되는 경우에, 음수로 나타날 수 있으며, 제 2 과전류 계전기(400b)에서 산출되는 영향 상수는 분산 전원(600)이 계통의 (a) 위치에 연결되는 경우에, 음수로 나타날 수 있다.
또한, 본원 발명에서, 제 1 과전류 계전기(400a)에서 산출되는 영향 상수는 분산 전원(600b)이 계통의 (b) 위치에 연결되는 경우에, 양수로 나타날 수 있으며, 제 2 과전류 계전기(400b)에서 산출되는 영향 상수는 분산 전원(600)이 계통의 (b) 위치에 연결되는 경우에, 음수로 나타날 수 있다.
또한, 본원 발명에서, 제 1 과전류 계전기(400a)에서 산출되는 영향 상수는 분산 전원(600c)이 계통의 (c) 위치에 연결되는 경우에, 양수로 나타날 수 있으며, 제 2 과전류 계전기(400b)에서 산출되는 영향 상수는 분산 전원(600)이 계통의 (c) 위치에 연결되는 경우에, 양수로 나타날 수 있다.
도7은 계통에 연결되는 분산 전원의 위치에 따라 과전류 계전기에서 산출되는 영향 상수의 변화를 나타낸 그래프이다.
도7을 참조하면, 계통 전원(100)이 위치하는 지점을 기준으로, 분산 전원(600)의 위치에 따라 제 1 과전류 계전기(400a)와 제 2 과전류 계전기(400b)에서 산출되는 영향 상수의 변화를 확인할 수 있다.
이와 관련하여, Case (a)는 도4와 같이, 계통의 모선에 분산 전원(600)이 연결되고, 두번째 부하(200)가 계통에 접속되는 지점에서 고장이 발생한 경우인 것으로 이해할 수 있다.
또한, Case (b)는 도5와 같이, 제 1 과전류 계전기(400a)와 제 2 과전류 계전기(400b)의 사이에 분산 전원(600)이 연결되고, 두번째 부하(200)가 계통에 접속되는 지점에서 고장이 발생한 경우인 것으로 이해할 수 있다.
또한, Case (c)는 도6과 같이, 제 2 과전류 계전기(400b)와 두번째 부하(200)의 사이에 분산 전원(600)이 연결되고, 두번째 부하(200)가 계통에 접속되는 지점에서 고장이 발생한 경우인 것으로 이해할 수 있다.
이와 관련하여, 아래의 표 2는 계통에서 분산 전원(600)이 연결되는 위치에 따른 영향 상수의 변화를 나타낸 표이며, 이때, 분산 전원(600)의 위치는 모선으로부터 이격된 거리로 나타낸 것으로 이해할 수 있다.
Figure pat00005
이와 같이, 영향 상수는 선로 전류가 측정되는 선로의 지점으로부터 분산 전원(600)이 계통에 연결되는 지점이 멀어질수록 영향 상수의 절대값이 작아지도록 마련될 수 있으며, 이는, 과전류 계전기(400)에 미치는 분산 전원(600)의 출력 전류의 영향에 따라, 제 1 연산부(430)에서 산출되는 영향 상수의 절대값이 작아지는 것으로 이해할 수 있다.
또한, 영향 상수는 선로 전류가 측정되는 선로(500)의 지점으로부터 계통 전원(100) 측으로 연결되는 선로(500) 상의 임의의 지점에 분산 전원이 연결되는 경우에, 음수로 산출되도록 마련될 수 있으며, 영향 상수는 선로 전류가 측정되는 선로(500)의 지점으로부터 부하(200) 측으로 연결되는 선로(500) 상의 임의의 지점에 분산 전원(600)이 연결되는 경우에, 양수로 산출되도록 마련될 수 있다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 계전 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 계전 방법은 도 1에 도시된 과전류 계전기(400)와 실질적으로 동일한 구성 상에서 진행되므로, 도 1의 과전류 계전기(400)와 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
과전류 계전 방법은 선로 전류를 측정하는 단계(600), 분산 전원의 출력 전류를 수집하는 단계(610), 영향 상수를 산출하는 단계(620), 동작 변수를 산출하는 단계(630) 및 보호 동작을 수행하는 단계(640)를 포함할 수 있다.
선로 전류를 측정하는 단계(600)는 선로 전류 측정부(410)가 계통 전원(100)으로부터 부하(200) 측으로 연결되는 선로(500)의 선로 전류를 측정하는 단계일 수 있다.
분산 전원의 출력 전류를 수집하는 단계(610)는 출력 전류 수집부(420)가 계통 전원(100)이 마련되는 계통에 연결된 분산 전원(600)의 출력 전류를 수집하는 단계일 수 있다.
영향 상수를 산출하는 단계(620)는 제 1 연산부(430)가 출력 전류의 변동치에 따라 영향 상수를 산출하는 단계일 수 있다.
동작 변수를 산출하는 단계(630)는 제 2 연산부(440)가 선로 전류와 영향 상수를 이용하여, 선로(500) 상의 임의의 지점에서 발생하는 고장 전류가 보상되도록 동작 변수를 산출하는 단계일 수 있다.
보호 동작을 수행하는 단계(640)는 제어부(450)가 동작 변수에 따라 보호 동작을 수행하는 단계일 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 계통 전원
200: 부하
300: 차단기
400: 과전류 계전기
500: 선로
600: 분산 부하

Claims (16)

  1. 계통 전원으로부터 부하 측으로 연결되는 선로의 선로 전류를 측정하는 선로 전류 측정부;
    상기 계통 전원이 마련되는 계통에 연결된 분산 전원의 출력 전류를 수집하는 출력 전류 수집부;
    상기 출력 전류의 변동치에 따라 영향 상수를 산출하는 제 1 연산부;
    상기 선로 전류와 상기 영향 상수를 이용하여, 상기 선로 상의 임의의 지점에서 발생하는 고장 전류가 보상되도록 동작 변수를 산출하는 제 2 연산부; 및
    상기 동작 변수에 따라 보호 동작을 수행하는 제어부를 포함하는, 과전류 계전기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 영향 상수는,
    상기 선로 전류가 측정되는 선로의 지점으로부터 상기 분산 전원이 상기 계통에 연결되는 지점이 멀어질수록 상기 영향 상수의 절대값이 작아지도록 마련되는, 과전류 계전기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 영향 상수는,
    상기 선로 전류가 측정되는 선로의 지점으로부터 상기 계통 전원 측으로 연결되는 선로 상의 임의의 지점에 상기 분산 전원이 연결되는 경우, 음수로 산출되도록 마련되는, 과전류 계전기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 영향 상수는,
    상기 선로 전류가 측정되는 선로의 지점으로부터 상기 부하 측으로 연결되는 선로 상의 임의의 지점에 상기 분산 전원이 연결되는 경우, 양수로 산출되도록 마련되는, 과전류 계전기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 동작 변수와 사전에 설정되는 기준 값을 비교하고, 상기 동작 변수가 상기 기준 값보다 큰 경우, 보호 동작을 수행하도록 마련되는 트립 신호를 생성하는, 과전류 계전기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제 1 연산부는,
    상기 계통에 연결되는 분산 전원으로부터 출력되는 출력 전류의 변화에 대해, 상기 고장 전류가 발생한 시점으로부터 상기 보호 동작이 수행되는 시점까지의 시간 간격을 나타내는 트립 시간이 일정해지도록 마련되는 상기 영향 상수를 산출하는, 과전류 계전기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제 1 연산부는,
    상기 출력 전류의 변동치를 상기 출력 전류와 사전에 설정되는 동작 전류를 곱한 값으로 나누고, 계산된 결과 값의 부호를 변경하여 상기 영향 상수를 산출하는, 과전류 계전기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제 2 연산부는,
    상기 선로 전류를 사전에 설정되는 동작 전류로 나눈 값과 상기 영향 상수와 상기 출력 전류를 곱한 값의 합으로 나타나는 상기 동작 변수를 산출하는, 과전류 계전기.
  9. 분산 전원이 연결된 전력 계통에서 과전류 계전기를 이용하는 과전류 계전 방법에 있어서,
    계통 전원으로부터 부하 측으로 연결되는 선로의 선로 전류를 측정하는 단계;
    상기 계통 전원이 마련되는 계통에 연결된 분산 전원의 출력 전류를 수집하는 단계;
    상기 출력 전류의 변동치에 따라 영향 상수를 산출하는 단계;
    상기 선로 전류와 상기 영향 상수를 이용하여, 상기 선로 상의 임의의 지점에서 발생하는 고장 전류가 보상되도록 동작 변수를 산출하는 단계; 및
    상기 동작 변수에 따라 보호 동작을 수행하는 단계를 포함하는, 과전류 계전 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 영향 상수는,
    상기 선로 전류가 측정되는 선로의 지점으로부터 상기 분산 전원이 상기 계통에 연결되는 지점이 멀어질수록 상기 영향 상수의 절대값이 작아지도록 마련되는, 과전류 계전 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 영향 상수는,
    상기 선로 전류가 측정되는 선로의 지점으로부터 상기 계통 전원 측으로 연결되는 선로 상의 임의의 지점에 상기 분산 전원이 연결되는 경우, 음수로 산출되도록 마련되는, 과전류 계전 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 영향 상수는,
    상기 선로 전류가 측정되는 선로의 지점으로부터 상기 부하 측으로 연결되는 선로 상의 임의의 지점에 상기 분산 전원이 연결되는 경우, 양수로 산출되도록 마련되는, 과전류 계전 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 보호 동작을 수행하는 단계는,
    상기 동작 변수와 사전에 설정되는 기준 값을 비교하고, 상기 동작 변수가 상기 기준 값보다 큰 경우, 보호 동작을 수행하도록 마련되는 트립 신호를 생성하는, 과전류 계전 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 영향 상수를 산출하는 단계는,
    상기 계통에 연결되는 분산 전원으로부터 출력되는 출력 전류의 변화에 대해, 상기 고장 전류가 발생한 시점으로부터 상기 보호 동작이 수행되는 시점까지의 시간 간격을 나타내는 트립 시간이 일정해지도록 마련되는 상기 영향 상수를 산출하는, 과전류 계전 방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 영향 상수를 산출하는 단계는,
    상기 출력 전류의 변동치를 상기 출력 전류와 사전에 설정되는 동작 전류를 곱한 값으로 나누고, 계산된 결과 값의 부호를 변경하여 상기 영향 상수를 산출하는, 과전류 계전 방법.
  16. 제9항에 있어서, 상기 동작 변수를 산출하는 단계는,
    상기 선로 전류를 사전에 설정되는 동작 전류로 나눈 값과 상기 영향 상수와 상기 출력 전류를 곱한 값의 합으로 나타나는 상기 동작 변수를 산출하는, 과전류 계전 방법.

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KR101382478B1 (ko) * 2012-05-23 2014-04-08 연세대학교 산학협력단 전력 계통 변화에 대응하는 적응 보호 과전류 제어 시스템 및 방법

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