KR20220087644A - 분산전원 연계 계통 보호 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

분산전원 연계 계통 보호 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 분산전원 연계 계통 보호 장치는 보호대상 분산전원 연계용 변압기의 특고압측에서 순환전류를 저감시키는 순환전류 저감부; 상기 보호대상 분산전원 연계용 변압기를 통해 흐르는 영상분 전류를 감지하는 영상분 전류 감지부; 상기 보호대상 분산전원 연계용 변압기의 특고압측에 설치되어 전력계통과 분산전원을 분리하는 보호계전부; 및 상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류에 따라 상기 보호계전부를 제어하여 전력계통과 분산전원을 분리하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

분산전원 연계 계통 보호 장치 및 방법{PROTECTION APPARATUS AND METHOD OF DISTRIBUTION NETWORK WITH DISTRIBUTED GENERATION}

본 발명은 분산전원 연계 계통 보호 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지그재그 접지용 변압기를 이용하여 순환전류를 유도함으로써 상시 순환전로 및 과도 순환전류로 인한 피해가 감소될 수 있도록 한 분산전원 연계 계통 보호 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근에는 전 세계적으로 화석 에너지 고갈과 환경오염 문제로 인해 대체 에너지를 이용한 발전에 많은 관심이 집중되고 있다. 통상 대체 에너지를 이용한 발전은 대용량 발전에 비해 용량이 작고 수요지 근처에 분산적으로 존재하고 있어서 분산전원이라 부른다.

분산전원은 일반적으로 차단기를 포함하는 계통연계 차단장치를 통해 전력계통과 연계되어 상시에는 함께 연결되고, 전력계통에 문제가 발생하면 전력계통과 분리되는 구조를 갖는다.

즉, 분산전원이 전력계통과 연계하여 운전되는 중 상용전원이 공급되는 측에서 지락이나 단락과 같은 사고가 발생하면 계통연계 차단장치가 개방되어 상용전원 계통과 분산전원 계통이 분리되고, 이를 통해 전력계통에서 발생한 과전류가 부하로 흐르지 않아 부하와 계통연계 전력공급 시스템을 보호할 수 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2020-0080694호(2020.07.07)의 '방향성 지락과전류 계전기와 거리계전기를 이용한 분산 전원이 연계된 계통의 보호 장치'에 개시되어 있다.

종래의 배전계통에 분산전원 연계 시 연계용 변압기의 결선 형태에 따라서 과전압에 의한 피해/보호협조 문제와 순환전류로 인한 손실과 피해 사이의 trade-off를 감수해야 한다. 일반적으로

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타입의 변압기를 운용하는 동시에 NGR(Neutral Grounding Reactor)을 변압기 특고압 측 중성선에 설치하여 순환전류로 인한 문제를 해결하고 있다.

그러나, NGR 운용시에는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 양방향조류로 인해 계통 상황에 따라서 상시 순환전류가 발생하고, 순환전류에 의한 손실 발생한다.

둘째, 리액터 접지(변전소NGR)와 저항 접지(수전용NGR) 간 고장전류 위상차가 발생하여 보호계전기가 오동작할 수 있다.

셋째, 단상정류회로를 사용하는 수용가가 증가하면서 영상분 고조파 전류가 불평형 전류와 함께 중성선으로 유입되어 OCGR 트립, NGR 과열 및 중성선 과열 등 문제점을 야기할 수 있다.

넷째, NGR 임피던스를 크게할수록 1선 지락고장시 건전상의 과전압 발생하여 특정 크기 이상 증가시킬 수가 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 지그재그 접지용 변압기를 이용하여 순환전류를 유도함으로써 상시 순환전로 및 과도 순환전류로 인한 피해가 감소될 수 있도록 한 분산전원 연계 계통 보호 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 분산전원 연계 계통 보호 장치는 보호대상 분산전원 연계용 변압기의 특고압측에서 순환전류를 저감시키는 순환전류 저감부; 상기 보호대상 분산전원 연계용 변압기를 통해 흐르는 영상분 전류를 감지하는 영상분 전류 감지부; 상기 보호대상 분산전원 연계용 변압기의 특고압측에 설치되어 전력계통과 분산전원을 분리하는 보호계전부; 및 상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류에 따라 상기 보호계전부를 제어하여 전력계통과 분산전원을 분리하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 순환전류 저감부는 지그재그 접지용 변압기인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제어부는 상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류의 크기 및 통전시간에 따라 상기 보호계전부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제어부는 상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류의 크기가 기 설정된 설정전류 이상이면 상기 보호계전부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제어부는 상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류가 상기 설정크기 이상인 상태의 통전시간이 기 설정된 설정통전시간 이상이면 상기 보호계전부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 분산전원 연계 계통 보호 방법은 순환전류 저감부가 상시 투입되어 순환전류를 저감시키는 단계; 상기 순환전류 저감부에 의해 순환전류가 저감되는 상태에서, 영상분 전류 감지부가 보호대상 분산전원 연계용 변압기를 통해 흐르는 영상분 전류를 감지하는 단계; 및 제어부가 상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류에 따라 보호계전부를 제어하여 전력계통과 분산전원을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 순환전류 저감부는 지그재그 접지용 변압기인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 전력계통과 분산전원을 분리하는 단계는, 상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류의 크기 및 통전시간에 따라 전력계통과 분산전원을 분리하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 전력계통과 분산전원을 분리하는 단계는, 상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류의 크기가 기 설정된 설정전류 이상이면 전력계통과 분산전원을 분리하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 전력계통과 분산전원을 분리하는 단계는, 상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류가 상기 설정크기 이상인 상태의 통전시간이 기 설정된 설정통전시간 이상이면 전력계통과 분산전원을 분리하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 분산전원 연계 계통 보호 장치 및 방법은 지그재그 접지용 변압기를 이용하여 순환전류를 유도함으로써 상시 순환전로 및 과도 순환전류로 인한 피해가 감소될 수 있도록 한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 연계 계통 보호 장치의 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 연계 계통 보호 방법의 순서도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 연계 계통 보호 장치의 상시 순환 전류 저감 예를 나타낸 도면이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 연계 계통 보호 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 연계 계통 보호 장치의 구성도이다.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 연계 계통 보호 장치는 순환전류 저감부(10), 영상분 전류 감지부(20), 보호계전부(40), 및 제어부(30)를 포함한다.

순환전류 저감부(10)는 보호대상 분산전원 연계용 변압기(50)의 특고압측에 설치되어 순환전류를 저감시킨다.

즉, 순환전류 저감부(10)는 접지계통을 대상으로 보호대상 분산전원 연계용 변압기(50)의 특고압측에서 순환전류를 저감시킴으로써 상시 순환전류 및 과도 순환전류로 인해 피해를 최소화시킨다.

예를 들어, 순환전류 저감부(10)는 상시에는 배전계통으로부터 흐르는 상시 순환전류를 감소시키고, 불평형 부하 또는 지락 고장 등으로 인해 발생되는 과도 순환전류를 감소시킴으로써, Y결선의 중성선의 발열 및 피해를 최소화시킬 수 있다.

통상적으로, 분산전원 연계용 변압기(50)의 특고압측 비접지시(

-Yg)에는, 배전계통측 불평형 지락고장 발생에 따른 전원 차단시, 건전상에 큰 과전압이 발생될 수 있다. 따라서, 분산전원 연계용 변압기(50)의 특고압측 중성점 유효접지를 통한 건전상 전위 상승 방지가 필요하다.

중성점 유효접지시 고장 전후 전력계통의 전압은 전력계통에서 발생한 1선 지락 고장으로 인해 전력계통 측 차단기가 동작하여 분산전원이 단독운전 형태로 운영이 계속되어도 중성점 유효접지 전과 비교하였을 때 건전상 전압이 크게 증가하지 않는다.

이와 같은 건전상 과전압 발생 문제로 인해 분산전원의 신속한 차단이 요구되지만, 분산전원 측에서 전력계통측 고장을 알기 어렵고 그 결과 분산전원측 계통이 과전압으로 인한 피해를 입을 수 있다.

순환전류 저감부(10)는 접지계통을 대상으로 보호대상 분산전원 연계용 변압기(50)의 특고압측에서 순환전류를 저감시킴으로써 상시 순환전류 및 과도 순환전류로 인해 피해를 최소화시킬 수 있다.

이러한 순환전류 저감부(10)로는 지그재그 접지용 변압기가 채용될 수 있다. 지그재그 접지용 변압기는 중성섬을 형성함으로써 순환전류와 같은 고주파를 제거할 수 있다.

참고로, 본 실시예에서는 순환전류 저감부(10)로 지그재그 접지용 변압기를 예시로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되는 것은 아니며 보호대상 변압기의 특고압 측에 설치되어 순환전류를 저감시킬 수 있는 것이라면 모두 채용될 수 있다.

영상분 전류 감지부(20)는 보호대상 분산전원 연계용 변압기(50)의 영상분 전류를 감지한다.

즉, 영상분 전류 감지부(20)는 보호대상 분산전원 연계용 변압기(50)의 중성선에 설치되어보호대상 분산전원 연계용 변압기(50)의 중성선을 통해 흐르는 영상분 전류를 감지하고, 감지된 영상분 전류를 제어부(30)에 전달한다.

보호계전부(40)는 분산전원 연계용 변압기(50)의 특고압측에 설치되어 제어부(30)의 트립신호에 따라 투입되어 전력계통과 분산전원을 분리한다. 보호계전부(40)는 보호대상 분산전원 연계용 변압기(50)의 특고압측에 설치될 수 있다.

보호계전부(40)는 내부에 계전기와 차단기를 포함하며, 제어부(30)의 트립신호에 따라 계전기가 트립되고 이때 차단기가 동작하여 전력계통과 분산전원을 분리할 수 있다.

보호계전부(40)는 전력계통과 분산전원을 분리시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 다양한 전기적 형태와 구조가 모두 채용될 수 있다.

제어부(30)는 영상분 전류 감지부(20)에 의해 감지된 영상분 전류에 따라 보호계전부(40)를 제어하여 전력계통과 분산전원을 분리한다.

제어부(30)는 영상분 전류 감지부(20)로부터 보호대상 분산전원 연계용 변압기(50)의 영상분 전류를 입력받고, 이 영상분 전류의 크기 및 통전시간에 따라 보호계전부(40)를 제어한다.

즉, 제어부(30)는 영상분 전류 감지부(20)에 의해 감지된 영상분 전류의 크기가 기 설정된 설정전류 이상인 상태로 통전시간이 설정통전시간 이상 지속되면 보호계전부(40)를 제어하여 전력계통과 분산전원을 분리한다.

설정전류는 전력계통에 불평형 지락 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있는 영상분 전류의 크기이며 사전에 설정될 수 있다.

설정통전시간은 전력계통에 불평형 지락 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있는 영상분 전류가 흐르는 통전시간이다.

따라서, 제어부(30)는 영상분 전류 감지부(20)에 의해 감지된 영상분 전류의 크기가 기 설정된 설정전류 이상이고, 영상분 전류의 크기가 설정전류 이상인 상태로 설정통전시간 이상 지속되면, 전력계통에 불평형 지락 고장이 발생된 것으로 판단하고, 이러한 판단 결과에 따라 보호계전부(40)를 제어하여 전력계통과 분산전원을 분리한다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 연계 계통 보호 장치에 있어서, 지그재그 접지용 변압기는 보호대상 분산전원 연계용 변압기(50)의 특고압측에 설치되어 상시에는 배전계통으로부터 흐르는 상시 순환전류를 감소시키거나 불평형 지락 고장 등으로 인해 발생되는 과도 순환전류를 감소시킴으로써, Y결선의 중성선의 발열 및 피해를 최소화시킬 수 있다.

이 과정에서, 영상분 전류 감지부(20)는 보호대상 분산전원 연계용 변압기(50)에 흐르는 영상분 전류를 감지하고, 제어부(30)는 영상분 전류 감지부(20)에 의해 감지된 영상분 전류의 크기가 기 설정된 설정전류 이상인 상태로 설정통전시간 이상 지속되면 보호계전부(40)를 제어하여 전력계통과 분산전원을 분리한다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 연계 계통 보호 방법을 도 2 를 참조하여 설명한다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 연계 계통 보호 방법의 순서도이다.

도 2 를 참조하면, 먼저 지그재그 접지용 변압기는 상시에는 배전계통으로부터 흐르는 상시 순환전류를 감소시키거나 불평형 지락 고장 등으로 인해 발생되는 과도 순환전류를 저감시킨다(S10).

이 과정에서, 영상분 전류 감지부(20)는 보호대상 분산전원 연계용 변압기(50)의 중성선을 통해 흐르는 영상분 전류를 감지하고(S20), 감지된 영상분 전류를 제어부(30)에 전달한다.

제어부(30)는 영상분 전류 감지부(20)에 의해 감지된 영상분 전류가 전달됨에 따라, 이 영상분 전류의 크기를 설정전류와 비교한다(S30).

S30 단계에서의 판단 결과 영상분 전류가 설정전류 이상이면, 제어부(30)는 설정전류 이상의 영상분 전류의 통전시간이 설정통전시간 이상인지를 판단한다(S40).

S40 단계에서의 판단 결과 영상분 전류의 통전시간이 설정통전시간 이상이면, 제어부(30)는 배전계통에 불평형 지락 고장이 발생된 것으로 판단하고, 판단 결과에 따라 보호계전부(40)를 제어하여 전력계통과 분산전원을 분리한다(S50).

즉, 제어부(30)는 영상분 전류의 크기가 설정전류 이상인 상태로 설정통전시간 이상 지속되면, 보호계전부(40)를 통해 전력계통과 분산전원을 분리한다.

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 연계 계통 보호 장치의 상시 순환 전류 저감 예를 나타낸 도면이다.

보호대상 분산전원 연계용 변압기(50)의 특고압측에 설치된 지그재그 접지용 변압기가 상시 순환전류를 저감시키는 결과가 도시되었다.

즉, 도 3 을 참조하면, 불평형 부하 및 1선 지락 고장시 지그재그 접지용 변압기의 중성선을 통해 흐르는 영상분 전류가 지그재그 접지용 변압기 투입 전과 후에 각각 저감되는 것을 알 수 있다.

이 경우, 영상분 전류는 약 60% 이상 저감되었으며, 예를 들어 상시 순환전류는 41A에서 14A로 저감되고, 과도 순환전류는 250A에서 94A로 저감되었다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원 연계 계통 보호 장치 및 방법은 지그재그 접지용 변압기를 이용하여 순환전류를 유도함으로써 상시 순환전로 및 과도 순환전류로 인한 피해가 감소될 수 있도록 한다.

본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.

10: 순환전류 저감부
20: 영상분 전류 감지부
30: 제어부
40: 보호계전부
50: 보호대상 분산전원 연계용 연계용 변압기

Claims (10)

1. 보호대상 분산전원 연계용 변압기의 특고압측에서 순환전류를 저감시키는 순환전류 저감부;
   상기 보호대상 분산전원 연계용 변압기를 통해 흐르는 영상분 전류를 감지하는 영상분 전류 감지부;
   상기 보호대상 분산전원 연계용 변압기의 특고압측에 설치되어 전력계통과 분산전원을 분리하는 보호계전부; 및
   상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류에 따라 상기 보호계전부를 제어하여 전력계통과 분산전원을 분리하는 제어부를 포함하는 분산전원 연계 계통 보호 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 순환전류 저감부는
   지그재그 접지용 변압기인 것을 특징으로 하는 분산전원 연계 계통 보호 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
   상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류의 크기 및 통전시간에 따라 상기 보호계전부를 제어하는 것을 특징으로 하는 분산전원 연계 계통 보호 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부는
   상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류의 크기가 기 설정된 설정전류 이상이면 상기 보호계전부를 제어하는 것을 특징으로 하는 분산전원 연계 계통 보호 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어부는
   상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류가 상기 설정크기 이상인 상태의 통전시간이 기 설정된 설정통전시간 이상이면 상기 보호계전부를 제어하는 것을 특징으로 하는 분산전원 연계 계통 보호 장치.
6. 순환전류 저감부가 상시 투입되어 순환전류를 저감시키는 단계;
   상기 순환전류 저감부에 의해 순환전류가 저감되는 상태에서, 영상분 전류 감지부가 보호대상 분산전원 연계용 변압기를 통해 흐르는 영상분 전류를 감지하는 단계; 및
   제어부가 상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류에 따라 보호계전부를 제어하여 전력계통과 분산전원을 분리하는 단계를 포함하는 분산전원 연계 계통 보호 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 순환전류 저감부는
   지그재그 접지용 변압기인 것을 특징으로 하는 분산전원 연계 계통 보호 방법.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 전력계통과 분산전원을 분리하는 단계는,
   상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류의 크기 및 통전시간에 따라 전력계통과 분산전원을 분리하는 것을 특징으로 하는 분산전원 연계 계통 보호 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 전력계통과 분산전원을 분리하는 단계는,
   상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류의 크기가 기 설정된 설정전류 이상이면 전력계통과 분산전원을 분리하는 것을 특징으로 하는 분산전원 연계 계통 보호 방법.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 전력계통과 분산전원을 분리하는 단계는,
    상기 영상분 전류 감지부에 의해 감지된 영상분 전류가 상기 설정크기 이상인 상태의 통전시간이 기 설정된 설정통전시간 이상이면 전력계통과 분산전원을 분리하는 것을 특징으로 하는 분산전원 연계 계통 보호 방법.
    

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