KR20230045399A - 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법은, 보호 기기의 전압 및 전류를 계측하는 단계; 계측된 상기 전압 및 전류로부터 산출되는 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값으로부터 단락 고장 여부를 포함한 고장 여부를 판정하는 단계; 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값의 역수에 비례하여 차단 동작 시간을 결정하는 단계; 및 결정된 상기 차단 동작 시간에 따라 상기 보호 기기를 동작시켜 고장 구간을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 루프 배전계통, 네트워크 배전계통 등 순환하거나 대체되는 경로를 가지는 비수지상 배전 계통에서 고장의 여부 및 종류를 판정할 수 있는 고장 분리 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전력회사의 배전망은 배전용 변전소로부터 부하수요지에 있는 배전 변압기까지의 개폐기, 전주, 피뢰기 등의 배전설비, 고압케이블 및 전선 등으로 구성되어 고압전력 공급을 담당하는 고압배전망과 배전용변압기 2차측으로부터 저압고객까지의 저압전력공급을 담당하는 저압배전망으로 구성된다.
종래의 배전공급망은 국내를 포함하여 대부분의 나라에서 중요하지 않은 지역의 경우 수지상으로 구성되어 있으나, 최근 상시 다중 연계 배전선로의 보급이 증가하고 있는 바, 루프형이나 네트워크형의 배전계통의 필요성이 높아지고 있다.
루프 배전계통은 2개의 수지상 배전선로를 상시 연계하여 운영하는 방식으로, 국내에서는 2008년부터 세종시에 6회선(3식), 서귀포시에 1식(2회선)을 시범운영하고 있다. 운영 결과 분산전원으로 인한 보호 협조 알고리즘 오동작, 단말장치의 통신 모듈 불량으로 인한 보호 기기 오동작 등의 문제가 보고되었다.
도 1은 타 선로 지락 고장 발생 시 고장 전류의 흐름을 나타낸 배전선로 구성도이다.
루프 배전선로에 분산전원이 연계되어 있을 경우, 루프 배전선로와 동일한 주변 압기(MTr)에서 인출된 수지상 선로에서 1선 지락고장이 발생하면 도 1과 같이 지락전류가 루프 배전선로 내 분산전원 연계 변압기를 통해 일부 흐르는 현상이 발생한다. 이 지락전류는 대부분 영상전류로서 pick-up은 되지만 영상전압이 너무 작아서 보호 기기(단말장치)가 고장전류의 방향성을 판정할 수 없다. 루프 배전계통의 보호 기기는 고장전류의 방향성 판정 결과를 다른 보호 기기와 통신으로 비교하여 고장구간을 판단하기 때문에 고장전류의 방향성 판정이 매우 중요하다. 이러한 이유로 루프 배전계통에 분산전원 연계가 금지되어 있다. 분산전원이 급증하고 있는 상황에서 루프 배전선로에 분산전원을 연계할 수 없는 문제는 루프 배전선로의 확대 적용에 장애물로 작용하고 있다.
루프 배전선로는 2개 이상(2개의 변전소 CB)의 전원에서 고장전류를 공급하기 때문에 고장 전류의 방향성을 정확히 판정해야 고장구간만 정확히 분리하여 정전구간을 축소할 수 있다. 수지상 선로에 활용되고 있는 방향성 리클로저에서 고장전류의 방향성을 판정하기도 하지만, 1개의 전원만을 고려해서 개발되었기 때문에 루프 배전선로에서 고장 전류의 방향성을 판정할 수 없다.
따라서, 루프 방식에서 간선을 보호하기 위한 보호 협조 알고리즘은 통신을 기반으로 하여 방향성 계전기가 정방향의 고장을 감지하면 상대단의 차단기에 차단 신호를 보내 두 대의 차단기에서 모두 차단신호를 수신하였을 경우 차단기가 동작하는 POTT(Permissive Overreaching Transfer Trip)방식을 사용한다. 통신을 기반으로 하는 보호방식은 시범사업의 결과에서 알 수 있듯이 통신의 장애나 기능의 한계로 인하여 오동작이 발생하는 등의 개선이 필요하다. 또한, 방향성 계전기와 계전기간 통신선로를 설치해야 하기 때문에 추가적인 비용이 발생된다.
한편, 고장 전류의 방향성을 판정한다고 하더라고 고저항지락(High Impedance Fault)의 경우, 고장 전류와 전압의 크기 변동이 매우 작기 때문에 고장을 판정할 수가 없다. 따라서 기존의 보호 협조 알고리즘에서는 고저항지락을 검출하는 것에 한계가 있다.
본 발명은 비수지상, 예컨대 루프 배전계통에 분산전원의 연계가 가능하게 하는 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 고저항지락의 경우에도 고장 전류 및 방향성을 정확하게 판정할 수 있는 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법은, 보호 기기의 전압 및 전류를 계측하는 단계; 계측된 상기 전압 및 전류로부터 산출되는 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값으로부터 단락 고장 여부를 포함한 고장 여부를 판정하는 단계; 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값의 역수에 비례하여 차단 동작 시간을 결정하는 단계; 및 결정된 상기 차단 동작 시간에 따라 상기 보호 기기를 동작시켜 고장 구간을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전압 및 전류를 계측하는 단계는, 상기 보호 기기에 장착된 IED에서 3상 계통 선로의 전압 및 전류의 계측값을 수집하는 단계; 및 상기 IED에서 상기 3상 계통 선로의 전압 및 전류의 계측값으로부터, 정상분 전류, 역상분 전류, 정상분 전압 및 역상분 전압을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 고장 여부를 판정하는 단계에서는, 상기 보호 기기의 지락 전류의 크기가 소정 기준값을 넘으면 지락 고장으로 판정하는 단계; 및 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값이 소정 기준비율을 넘으면 단락 고장으로 판정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 지락 고장으로 판정된 경우, 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값의 역수를 구하기 전에, 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값에 계통에 주어진 상수를 곱할 수 있다.
여기서, 상기 차단 동작 시간을 결정하는 단계 이후, 상기 차단 동작 시간이 경과하기 전에, 상기 보호 기기의 전압 및 전류가 정상 범위로 복귀하면, 정상 상태로 상기 보호 기기의 전압 및 전류를 계측할 수 있다.
여기서, 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값은, 하기 수학식에 따를 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 비수지상 배전 계통의 고장 분리 장치는, 보호 기기에 대하여 계측된 전압 및 전류로부터 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값을 계산하는 조합값 계산부; 상기 보호 기기의 지락 고장 여부를 판정하는 지락 고장 판정부; 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값으로부터 상기 보호 기기의 단락 고장 여부를 판정하는 단락 고장 판정부; 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값의 역수에 따라 차단 동작 시간을 산정하는 차단 동작 시간 산정부; 및 상기 차단 동작 시간에 도달하면 상기 보호 기기를 차단하도록 제어하는 차단 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값은, 하기 수학식에 따를 수 있다.
여기서, 상기 조합값 계산부는, 상기 보호 기기에 장착된 IED로부터 상기 보호 기기의 제어 장치로 계산된 정상분 전류, 역상분 전류, 정상분 전압 및 역상분 전압을 전송받을 수 있다.
여기서, 상기 지락 고장 판정부는, 상기 보호 기기에 장착된 IED로부터 전송받은 영상 전류 또는 중성선 전류가 소정 기준값을 넘으면 지락 고장으로 판정할 수 있다.
여기서, 지락 고장인 경우, 계통에 따라 미리 설정된 상수를 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값에 곱하는 상수 적용부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 단락 고장 판정부는, 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값이 소정 기준비율을 넘으면 단락 고장으로 판정할 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법 및/또는 장치를 실시하면, 특히 루프 배전계통에 분산전원의 연계가 가능하게 하는 이점이 있다.
본 발명의 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법 및/또는 장치는, 고저항지락의 경우에도 고장 전류 및 방향성을 정확하게 판정할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법 및/또는 장치는, 고장점에 가까울수록 계산값이 크게 측정되며, 이의 역수가 차단기의 동작 시간으로 입력되어 고장점에 가까운 차단기가 먼저 동작하게 되어, 방향성을 판정하는 장비나 통신 장비의 추가 없이 고장을 검출할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법 및/또는 장치는, 상시 루프 배전선로의 설비 이용률을 향상시켜 경제성을 확보함으로써 상시 루프 배전선로의 확대보급에 기여하는 이점이 있다.
본 발명의 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법 및/또는 장치는, 분산전원에서 고장점으로 공급하는 역상분 전류의 크기는 매우 작으므로, 선로에 대규모 분산전원이 연계되더라도 분산전원의 영향을 받지 않고 고장 구간만을 검출 및 분리할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법 및/또는 장치는, 기존 전력설비의 성능개선 없이 기술 구현 가능하고 기존 기술들에 비해 제약이 적은 이점이 있다.
본 발명의 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법 및/또는 장치는, 배전선로 정전시간 획기적 단축으로 정전으로 인한 경제적 피해 방지하며, 고품질·고신뢰 전력공급을 달성하는 이점이 있다.
도 1은 타 선로 지락 고장 발생 시 고장 전류의 흐름을 나타낸 배전선로 구성도.
도 2는 고장 발생 시, 위치에 따른 전압의 대칭성분 변화를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 고장 검출 및 고장 구간 분리 알고리즘을 적용한 순환 배전 계통의 고장 분리 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.
도 4는 중성선에서 측정되는 고저항 지락 전류 파형을 나타낸 파형도.
도 5는 본 발명의 사상에 따른 순환 배전 계통의 고장 분리 장치의 일 실시예를 도시한 블록도.
도 6은 모의 시험을 위한 루프 배전계통의 구성도.
도 7a 및 7b는 시뮬레이션에서 1선 지락 고장시, 전류 비율 × 전압 비율의 값을 알고리즘 전 후로 나타낸 파형도.
도 8a 및 8b는 시뮬레이션에서 선간 단락시, 전류 비율 × 전압 비율의 값을 알고리즘 전 후로 나타낸 파형도.
도 9a 및 9b는 시뮬레이션에서 고저항지락시, 전류 비율 × 전압 비율의 값을 알고리즘 전 후로 나타낸 파형도.
도 2는 고장 발생 시, 위치에 따른 전압의 대칭성분 변화를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 고장 검출 및 고장 구간 분리 알고리즘을 적용한 순환 배전 계통의 고장 분리 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.
도 4는 중성선에서 측정되는 고저항 지락 전류 파형을 나타낸 파형도.
도 5는 본 발명의 사상에 따른 순환 배전 계통의 고장 분리 장치의 일 실시예를 도시한 블록도.
도 6은 모의 시험을 위한 루프 배전계통의 구성도.
도 7a 및 7b는 시뮬레이션에서 1선 지락 고장시, 전류 비율 × 전압 비율의 값을 알고리즘 전 후로 나타낸 파형도.
도 8a 및 8b는 시뮬레이션에서 선간 단락시, 전류 비율 × 전압 비율의 값을 알고리즘 전 후로 나타낸 파형도.
도 9a 및 9b는 시뮬레이션에서 고저항지락시, 전류 비율 × 전압 비율의 값을 알고리즘 전 후로 나타낸 파형도.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
배전선로에서 전압과 전류의 대칭성분은 하기 수학식 1 및 수학식 2와 같이 표현된다.
따라서, 전압과 전류의 역상분은 계통의 불평형이 존재하지 않는다면, 평상시에는 0에 가까운 값을 가지게 된다. 하지만 비대칭 고장이 발생하게 된다면, 도 2과 같이 역상분과 정상분의 크기가 변화하게 된다.
도 2는 고장 발생 시, 위치에 따른 전압의 대칭성분 변화를 나타낸 그래프로서, 선로의 양단에 전원이 위치하고 있으며, 선로의 가운데 지점에서 고장이 발생한 것을 나타낸다.
도 2의 (가)에서는 단락 고장 시의 전압의 크기를 보여주며, 정상분은 전원측에서 고장 발생 지점으로 갈수록 작아져 고장 발생 지점에서는 상전압의 1/2만큼 작아진다. 반대로 역상분은 전원측에서는 거의 ‘0’에 가까운 크기를 가지다가 고장 지점으로 갈수록 그 크기가 커져 상전압의 1/2 만큼 커지게 된다.
지락 고장이 발생하게 되면, 도 2의 (나)에서와 같이 역상분과 영상분 그리고 정상분이 모두 존재한다. 단락 고장과 마찬가지로 정상분은 고장 발생 지점으로 가까워질수록 작아지며 상전압의 1/3 크기만큼 작아진다. 마찬가지로 역상분은 고장 발생 지점에서 상전압의 1/3 크기만큼 커진다.
본 발명에서는 기존의 지락 고장이 발생하였을 때, 영상분을 사용하여 고장을 검출하는 방법을 사용하지 않고 단락 고장과 지락 고장 모두에서 발생하는 역상분을 사용하여 고장을 검출한다.
전류 대칭 성분의 크기 또한 도 2의 전압과 비슷한 경향으로 발생하게 된다.
따라서, 하기 수학식 3과 같이 전류의 역상분과 정상분의 비를 사용하게 된다면, 평상시에는 거의 0에 가까운 값을 가지고 있다가 고장이 발생하게 되면, 고장점에 가까운 계전기일수록 큰 값이 측정된다. 또한, 전류의 비만을 사용할 경우에는 역상분의 전류가 0에 가까울수록 무한대에 가까운 값이 출력되고, 차단기 동작시에 측정되는 전류 비율의 값이 급변하게된다. 따라서, 이와 같은 현상을 방지하고 고장의 검출을 더욱 용이하게 하기 위하여 하기 수학식 3과 같이 전압의 역상분과 정상분의 값을 계산된 전류의 비에 곱해준다.
고저항 지락이 발생하였을 경우 고장 전류는 거의 변화하지 않으며, 전압 또한 변동이 없다. 따라서 전류와 전압의 크기와 위상으로 고장을 검출하는 기존의 방식은 고저항 지락 고장을 검출하는 것에 적합하지 않다.
반면, 본 발명에서 제안하는 역상분을 사용하는 방법은 고저항 지락이 발생하더라도 전류와 전압의 역상분과 정상분의 대칭성분을 사용하여 고장을 감지할 수 있다. 하지만 역상분의 값은 매우 작기 때문에 설정된 값에 도달하지 못할 수도 있다. 따라서, 도 1과 같이 변전소 Y측 접지에 고장 전류가 감지되고 역상분 전압이 일정값에 도달하지 못하였을 때, 고장 검출이 용이하도록 알고리즘을 설정한다.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 고장 검출 및 고장 구간 분리 알고리즘을 적용한 순환 배전 계통의 고장 분리 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 4는 중성선에서 측정되는 고저항 지락 전류 파형을 나타낸 파형도이다.
도시한 순환 배전 계통(루프, 양방향, 뱅킹 등 비수지상 배전 계통)의 고장 분리 방법은, 보호 기기의 전압 및 전류를 계측(모니터링)하는 단계(S110); 계측된 상기 전압 및 전류로부터 산출되는 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값으로부터 단락 고장 여부를 포함한 고장 여부를 판정하는 단계(S121, S122); 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값의 역수에 비례하여 차단 동작 시간을 결정하는 단계(S124 ~ S160); 및 결정된 상기 차단 동작 시간에 따라 상기 보호 기기를 동작시켜 고장 구간을 분리하는 단계(S170)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값은, 상기 수학식 3에 따른 값이 될 수 있다.
고장이 발생하였을 때, 고장을 검출하고 분리하는 알고리즘은 예컨대 도 3과 같다.
지락의 경우 일반적인 보호 기기의 경우와 같이 중성선에서 측정되는 전류(즉, 지락전류)가 일정 값 이상이 될 때 고장을 픽업하게 된다(S121). 이는 도 4의 파형과 같은 고저항 지락 전류의 특성을 이용한 것이다. 중성선이 없는 특수한 형태의 델타 기반 배전 선로 등 구현에 따라서는 상기 중성선 전류 대신 IED에서 계산한 영상 전류가 적용될 수도 있다.
반면, 단락의 경우 본 발명의 사상에 따른 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값으로 규정되는 전류와 전압의 비율이 일정 값을 넘어갈 때 고장을 픽업한다(S122). 즉, 본 발명에서는 고장을 픽업시 고장 종류를 지락인지, 단락인지 식별할 수 있다.
즉, 도시한 상기 고장 여부를 판정하는 단계(S121, S122)는, 상기 보호 기기의 지락 전류의 크기가 소정 기준값을 넘으면 지락 고장으로 판정하는 단계(S121); 및 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값이 소정 기준비율을 넘으면 단락 고장으로 판정하는 단계(S122)를 포함할 수 있다.
지락의 경우, 고저항지락을 고려하여 역상분 전압 값이 05kV에 도달하지 않을 경우에는 전압의 비율에 일정 상수를 곱해주어 고장의 검출을 용이하게 한다(S133, S135). 이때, 동일한 배전 계통에 속한 모든 보호 기기들은 상기 일정 상수로서 같은 값을 적용하여야 차단 순서를 정확히 적용할 수 있다.
제안하는 보호 알고리즘에서는 최종적으로 계산되는 전류의 비율 값과 전압의 비율 값의 역수가 차단기의 동작 시간으로 입력된다(S160). 최종 계산 값은 고장점에 가까울수록 큰 값을 가지게 되며, 이의 역수값의 크기는 반대로 작아지기 때문에 고장점에 가까운 차단기가 먼저 동작하게 된다(S170).
만약, 상기 차단 동작 시간이 경과하기 전에, 고장점에 가까운 다른 차단기가 동작하면, 루프형 배전 계통의 특성상 다른 방향으로 전력이 공급되고, 그에 따라, 상기 차단기에서 측정되는 전압 및 전류가 정상 범위로 복귀하게 된다. 즉, 상기 차단 동작 시간이 경과하기 전에, 상기 차단기의 전압 및 전류를 계속 계측하다가, 보호 기기로서 상기 차단기의 전압 및 전류가 정상 범위로 복귀하면, 고장이 해소된 것으로 판단하고, 정상 상태로 상기 차단기의 전압 및 전류를 계속 계측한다.
따라서, 본 발명의 사상에 따른 알고리즘은 별도의 방향성 판정 장비나 통신 장비가 필요하지 않으며, 전류와 전압의 대칭성분을 계산은 기존의 IED에서 가능하여 별도의 추가적인 장비의 설치 비용이 존재하지 않는다.
도 5는 본 발명의 사상에 따른 순환 배전 계통의 고장 분리 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도시한 순환 배전 계통의 고장 분리 장치(100)는, 보호 기기에 대하여 계측된 전압 및 전류로부터 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값을 계산하는 조합값 계산부(120); 상기 보호 기기의 지락 고장 여부를 판정하는 지락 고장 판정부(110); 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값으로부터 상기 보호 기기의 단락 고장 여부를 판정하는 단락 고장 판정부(140); 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값의 역수에 따라 차단 동작 시간을 산정하는 차단 동작 시간 산정부(160); 및 상기 차단 동작 시간에 도달하면 상기 보호 기기를 차단하도록 제어하는 차단 제어부(180)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값은, 상기 수학식 3에 따라 주어질 수 있다.
도시한 구현에서 상기 조합값 계산부(120)는, 상기 보호 기기(10)에 장착된 IED(20)로부터 계산된 정상분 전류, 역상분 전류, 정상분 전압 및 역상분 전압을 전송받는다. 다른 구현에서 조합값 계산부는, 상기 보호 기기(10)에 대하여 계측된 전압 및 전류로부터 정상분 전류, 역상분 전류, 정상분 전압 및 역상분 전압을 계산할 수 있다.
상기 지락 고장 판정부(110)는, 상기 보호 기기(10)에 장착된 IED(20)로부터 전송받은 영상 전류 또는 중성선에서 계측된 전류가 소정 기준값을 넘으면 지락 고장으로 판정할 수 있다.
도시한 순환 배전 계통의 고장 분리 장치(100)는, 지락 고장인 경우, 계통에 따라 미리 설정된 상수를 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값에 곱하는 상수 적용부(130)를 더 포함한다. 상기 상수 적용부(130)에 의해 상기 상수가 곱해진 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값은 차단 동작 시간 산정부(160)가 차단 동작 시간을 산정하는데 이용된다.
상기 상수 적용부(130)는 동일한 배전 계통을 공유하는 보호 기기들에게 공통적으로 적용되는 상수를, 상위 서버에서 전송받아 미리 내부 저장 영역에 저장할 수 있다.
상기 단락 고장 판정부(140)는, 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값이 소정 기준비율을 넘으면 단락 고장으로 판정한다.
상기 차단 동작 시간 산정부(160)는 상술한 도 3의 과정에 따라 차단 동작 시간을 산정한다.
도시한 순환 배전 계통의 고장 분리 장치(100)에서 도 3의 상기 전압 및 전류를 계측하는 단계(S110)는, 상기 보호 기기(10)에 장착된 IED(20)에서 3상 계통 선로의 전압 및 전류의 계측값을 수집하는 단계; 상기 IED(20)에서 상기 3상 계통 선로의 전압 및 전류의 계측값으로부터, 정상분 전류, 역상분 전류, 정상분 전압 및 역상분 전압을 계산하는 단계; 상기 IED(20)에서 상기 보호 기기(10)의 제어 장치로서 상기 순환 배전 계통의 고장 분리 장치(100)로 계산된 정상분 전류, 역상분 전류, 정상분 전압 및 역상분 전압을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
도 6은 모의 시험을 위한 루프 배전계통의 구성도이다.
본 발명의 타당성 검증을 위하여 배전계통 모의 프로그램인 PSCAD/EMTDC 소프트웨어 툴을 사용하여 제안하는 방법을 검증하였다. 도 6과 같이 루프 배전계통을 구성하였으며, 하기 표 1과 같이 선로의 컴포넌트의 값을 입력하였다.
또한, 부하에 의한 불평형이 발생하더라도 제안하는 방법이 적용 가능한 것을 검증하기 위하여 선로 불평형율을 3%로 설정하여 역상분이 평상시에도 존재하도록 하였다. 고장은 선간 단락과 1선 지락 고장 그리고 고저항지락고장 3가지의 고장을 모의하였으며, 리클로저 1-3과 1-4 사이에 고장이 발생하는 것으로 상정하여 시뮬레이션을 수행하였다.
도 7a 및 7b는 시뮬레이션에서 1선 지락 고장시, 전류 비율 × 전압 비율의 값을 알고리즘 전 후로 나타낸 것이다. 즉, 1선 지락 고장이 발생하였을 때의 모의 실험 결과를 도 7a 및 7b에서 나타내었다.
고장점에서 가장 가까운 리클로저 1-4의 전류 비율×전압 비율의 값이 383으로 측정되었으며, 두 번째로 리클로저 1-3의 값이 315로 측정되었다. 따라서 이의 역수 값이 차단기의 동작 시간으로 입력되어, 각각 26ms와 30ms로 차단기가 동작하였다.
도 8a 및 8b는 시뮬레이션에서 선간 단락시, 전류 비율 × 전압 비율의 값을 알고리즘 전 후로 나타낸 것이다. 즉, 선간 단락 고장이 발생하였을 때의 모의 실험 결과는 도 8a 및 8b와 같이 측정된다.
고장점에서 가장 가까운 리클로저 1-4의 전류 비율×전압 비율의 값이 1004로 측정되었으며, 두 번째로 리클로저 1-3의 값이 873으로 측정되었다. 따라서 이의 역수 값이 차단기의 동작 시간으로 입력되어, 각각 10ms와 12ms로 차단기가 동작하였다.
도 9a 및 9b는 시뮬레이션에서 고저항지락시, 전류 비율 × 전압 비율의 값을 알고리즘 전 후로 나타낸 것이다. 즉, 고저항 지락고장이 발생하였을 때의 결과를 도 9a 및 9b에서 나타내었다.
고장점에서 가장 가까운 리클로저 1-4의 전류 비율×전압 비율의 값이 175으로 측정되었으며, 두 번째로 리클로저 1-3의 값이 143으로 측정되었다. 따라서 이의 역수 값이 차단기의 동작 시간으로 입력되어, 각각 50ms와 65ms로 차단기가 동작하였다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
예컨대, 상술한 설명에서는 루프 배전계통을 위한 차단기로 구체화하여 예시하였지만, 단방향 수지상 배전계통을 제외한 양방향 전력 조류가 가능한, 네트워크 배전계통, 뱅킹 배전계통에도 적용될 수 있음은 물론이다.
예컨대, 상술한 설명에서는 보호 기기로서 차단기로 구체화하여 예시하였지만, 차단기, 개폐기, 계전기, 보호 계전기 등 다양한 형태 및 명칭의 계통/선로보호 기기에 대하여 적용될 수 있음은 물론이다.
100 : 순환 배전 계통의 고장 분리 장치
110 : 지락 고장 판정부
120 : 조합값 계산부
140 : 단락 고장 판정부
160 : 차단 동작 시간 산정부
180 : 차단 제어부
110 : 지락 고장 판정부
120 : 조합값 계산부
140 : 단락 고장 판정부
160 : 차단 동작 시간 산정부
180 : 차단 제어부
Claims (12)
- 보호 기기의 전압 및 전류를 계측하는 단계;
계측된 상기 전압 및 전류로부터 산출되는 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값으로부터 단락 고장 여부를 포함한 고장 여부를 판정하는 단계;
상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값의 역수에 비례하여 차단 동작 시간을 결정하는 단계; 및
결정된 상기 차단 동작 시간에 따라 상기 보호 기기를 동작시켜 고장 구간을 분리하는 단계
를 포함하는 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 전압 및 전류를 계측하는 단계는,
상기 보호 기기에 장착된 IED에서 3상 계통 선로의 전압 및 전류의 계측값을 수집하는 단계; 및
상기 IED에서 상기 3상 계통 선로의 전압 및 전류의 계측값으로부터, 정상분 전류, 역상분 전류, 정상분 전압 및 역상분 전압을 계산하는 단계
를 포함하는 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 고장 여부를 판정하는 단계에서는,
상기 보호 기기의 지락 전류의 크기가 소정 기준값을 넘으면 지락 고장으로 판정하는 단계; 및
상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값이 소정 기준비율을 넘으면 단락 고장으로 판정하는 단계
를 포함하는 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법.
- 제3항에 있어서,
지락 고장으로 판정된 경우, 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값의 역수를 구하기 전에, 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값에 계통에 주어진 상수를 곱하는 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 차단 동작 시간을 결정하는 단계 이후,
상기 차단 동작 시간이 경과하기 전에, 상기 보호 기기의 전압 및 전류가 정상 범위로 복귀하면, 정상 상태로 상기 보호 기기의 전압 및 전류를 계측하는 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값은, 하기 수학식에 따르는 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법.
- 보호 기기에 대하여 계측된 전압 및 전류로부터 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값을 계산하는 조합값 계산부;
상기 보호 기기의 지락 고장 여부를 판정하는 지락 고장 판정부;
상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값으로부터 상기 보호 기기의 단락 고장 여부를 판정하는 단락 고장 판정부;
상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값의 역수에 따라 차단 동작 시간을 산정하는 차단 동작 시간 산정부; 및
상기 차단 동작 시간에 도달하면 상기 보호 기기를 차단하도록 제어하는 차단 제어부
를 포함하는 비수지상 배전 계통의 고장 분리 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값은, 하기 수학식에 따르는 비수지상 배전 계통의 고장 분리 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 조합값 계산부는,
상기 보호 기기에 장착된 IED로부터 상기 보호 기기의 제어 장치로 계산된 정상분 전류, 역상분 전류, 정상분 전압 및 역상분 전압을 전송받는 비수지상 배전 계통의 고장 분리 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 지락 고장 판정부는,
상기 보호 기기에 장착된 IED로부터 전송받은 영상 전류 또는 중성선 전류가 소정 기준값을 넘으면 지락 고장으로 판정하는 비수지상 배전 계통의 고장 분리 장치.
- 제7항에 있어서,
지락 고장인 경우, 계통에 따라 미리 설정된 상수를 상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값에 곱하는 상수 적용부
를 더 포함하는 비수지상 배전 계통의 고장 분리 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 단락 고장 판정부는,
상기 전압/전류의 정상/역상 비율 조합값이 소정 기준비율을 넘으면 단락 고장으로 판정하는 비수지상 배전 계통의 고장 분리 장치.
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| KR1020210128216A KR20230045399A (ko) | 2021-09-28 | 2021-09-28 | 비수지상 배전 계통의 고장 분리 방법 및 장치 |
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|---|---|---|---|---|
| KR101090425B1 (ko) | 2009-09-28 | 2011-12-07 | 한국전력공사 | 배전 보호협조 시스템 및 운영방법 |
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