KR20240028162A - 지중 및 가공선로 자동판별에 기초한 전력계통 해석장치 및 방법 - Google Patents

지중 및 가공선로 자동판별에 기초한 전력계통 해석장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20240028162A
KR20240028162A KR1020220106316A KR20220106316A KR20240028162A KR 20240028162 A KR20240028162 A KR 20240028162A KR 1020220106316 A KR1020220106316 A KR 1020220106316A KR 20220106316 A KR20220106316 A KR 20220106316A KR 20240028162 A KR20240028162 A KR 20240028162A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
line
underground
impedance
overhead
power system
Prior art date
Application number
KR1020220106316A
Other languages
English (en)
Inventor
이석창
최재명
윤부현
Original Assignee
한국전력공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020220106316A priority Critical patent/KR20240028162A/ko
Publication of KR20240028162A publication Critical patent/KR20240028162A/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2513—Arrangements for monitoring electric power systems, e.g. power lines or loads; Logging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/085—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution lines, e.g. overhead
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

본 발명의 하나의 실시예에 따른 전력계통 해석장치는 계통 입력 데이터에 기초해, 송전선로의 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비를 구하고 이를 이용해 가공선로 및 지중선로를 판별하는 지중 및 가공선로 판별 모듈; 상기 지중 및 가공선로 판별 모듈에 의해 판별된 가공선로 또는 지중선로 정보에 기초해 전력계통설비의 고장을 상정하고 상정사고 해석을 수행하는 상정사고 해석모듈; 및 상기 계통 입력 데이터를 기초로 모선전압, 선로조류, 위상각을 계산하여 선로과부하, 모선전압 유지상태를 분석하는 조류계산 모듈을 포함한다.
지중 및 가공선로를 쉽게 구분하여 PSS/E에 자체 내장된 상정사고 자동실행 기능을 이용함으로써, 별도의 상정사고 리스트 없이 다양한 상정사고에 대해 쉽고, 빠르고, 정확하게 상정사고 검토를 할 수 있어 업무효율화를 제고시킬 수 있다.

Description

지중 및 가공선로 자동판별에 기초한 전력계통 해석장치 및 방법{AN APPARATUS AND A METHOD OF ANALYZING POWER SYSTEM BASED ON AUTOMATIC IDENTIFICATION OF OVERHEAD LINE AND UNDERGROUND LINE}
본 발명은 지중 및 가공선로 자동판별에 기초한 전력계통 해석장치 및 방법에 관한 것으로서, 송전선로의 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비를 이용한 지중 및 가공선로 판별결과에 기초해 상정 사고 해석을 수행하는 전력계통 해석장치 및 방법에 관한 것이다.
미국 SIEMENS PTI(Power Technologies International)사가 개발한 계통해석 프로그램인 PSS/E(Power System Simulator for Engineering)는 국내외 산업계 및 학계에서 널리 활용되고 있다. PSS/E의 여러 기능 중 조류계산 검토는 송변전 설비고장시 발생하는 설비의 과부하나 저전압 등의 문제점을 사전에 모의하고, 이에 대한 해결방안을 수립한다. 고장계산 검토는 모선고장, 선로고장시 유출 또는 유입되는 고장전류를 파악하여 이를 모선 정격용량과 비교해 변전소 차단용량 적정성을 확인한다.
PSS/E에서 가장 많이 사용되는 조류계산은 우선 정상상태 또는 휴전상태에서 가상의 고장(이하 ‘상정사고’라 함)을 계통에 적용하는데 전력시장운영규칙에 따라 가공선로와 가공/지중 혼재 선로는 2회선 동시고장, 지중선로는 1회선 고장을 적용한다. 즉, 일부라도 가공구간이 있으면 낙뢰, 외물접촉 등 외부요인에 의해 2회선 동시고장 확률이 크기 때문에 2회선 고장을 적용하고, 지중선로는 전력구 또는 관로에 설치되기 때문에 외부요인에 의해 2회선 동시고장이 날 가능성이 적어 접속함, 케이블 자체 고장 등 1회선 고장을 적용하고 있다.
조류계산 및 상정사고 검토시에는 송전선로, 변압기, 발전기, 부하, 조상설비 등 많은 계통정보를 가지고 있는 계통해석 데이터(PSS/E 입력데이터)가 필요하다. 그러나 현재 계통해석 입력데이터에는 가공, 지중선로를 구분할 수 있는 정보가 없어 일괄적인 상정사고 적용이 불가능하다. 즉 PSS/E는 모든 송전선로에 대해 1회선 또는 2회선 고장을 일괄적으로 적용하여 전체 설비에 대한 상정사고를 자동으로 수행할 수 있는 기능이 있으나, 지중선로와 가공선로를 구분할 수 없기 때문에 이 기능을 사용할 수 없다. 따라서 현재는 검토자의 경험과 지식에 의존해 설비 하나하나를 직접 선택해 상정사고를 적용시키는 번거로운 방법을 사용한다.
본 개시는 송전선로의 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비를 이용한 지중 및 가공선로 판별결과에 기초해 상정 사고 해석을 수행하는 전력 계통 해석 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 개시는 별도의 상정사고 리스트 없이 다양한 상정사고에 대해 쉽고, 빠르고, 정확하게 상정사고 검토를 할 수 있는 전력 계통 해석 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 전력계통 해석장치는
계통 입력 데이터에 기초해, 송전선로의 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비를 구하고 이를 이용해 가공선로 및 지중선로를 판별하는 지중 및 가공선로 판별 모듈; 상기 지중 및 가공선로 판별 모듈에 의해 판별된 가공선로 또는 지중선로 정보에 기초해 전력계통설비의 고장을 상정하고 상정사고 해석을 수행하는 상정사고 해석모듈; 및 상기 계통 입력 데이터를 기초로 모선전압, 선로조류, 위상각을 계산하여 선로과부하, 모선전압 유지상태를 분석하는 조류계산 모듈을 포함한다.
상기 전력계통 해석장치는 스카다를 통해 취득되는 발전기 계측값, 송변전 계측값 및 계통자료에 기초해, 취득자료의 오차를 보정하고 미취득자료를 추정하는 상태추정모듈; 및 상기 상태추정모듈에 의해 오차 보정된 발전기 계측값, 송변전 계측값 및 계통자료를 저장하는 계통해석 데이터베이스를 더 포함할 수 있다.
상기 상정사고 해석모듈은 계통해석 데이터베이스에 저장되어 있는 데이터와 상기 지중 및 가공선로 판별 모듈에 의해 판별된 가공선로 및 지중선로 정보에 기초해 상기 전력계통설비의 고장을 상정할 수 있다.
상기 상정사고 해석모듈은 상기 지중 및 가공선로 판별 모듈의 판단결과 지중선로 또는 혼재선로인 경우에는 2회선 고장을 일괄적으로 적용해 상정사고 해석을 수행하고, 상기 지중 및 가공선로 판별 모듈의 판단결과 가공선로인 경우에는 1회선 고장을 일괄적으로 적용해 상정사고 해석을 수행할 수 있다.
상기 지중 및 가공선로 판별 모듈은 상기 송전선로의 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비와 선로 판별 기준 값을 비교해서, 상기 가공선로 및 지중선로를 판별할 수 있다.
이때, 상기 지중 및 가공선로 판별 모듈은 상기 송전선로의 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비가 상기 선로 판별 기준 값을 초과하면 상기 가공선로로 판별하고, 상기 송전선로의 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비가 상기 선로 판별 기준 값을 초과하지 않으면 상기 지중선로로 판별할 수 있다. 상기 선로 판별 기준 값은 0.99에서 1.86 사이의 값으로 설정될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 전력계통 해석방법은
송전선로의 정상 임피던스와 영상 임피던스를 취득하는 제1 단계; 상기 취득한 정상 임피던스와 영상 임피던스에 기초해, 상기 송전선로의 정상 임피던스와 영상 임피던스의 비를 확보하는 제2 단계; 상기 정상 임피던스와 영상 임피던스의 비와 선로 판별 기준 값의 비교결과에 기초해, 지중선로 또는 가공선로를 판별하는 제3 단계; 및 상기 지중선로 또는 가공선로의 판별 결과에 기초해, 상정사고 해석을 수행하는 제4 단계를 포함한다.
상기 전력계통 해석방법은 계통해석 데이터를 기초로 모선전압, 선로조류, 위상각을 계산하여 선로과부하, 모선전압 유지상태를 분석하는 제5 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전력계통 해석방법은 계통해석 데이터에 포함된 송전선로 회선수가 2개 이상인 경우, 상기 제1 내지 제4 단계를 수행한다.
상기 제4 단계는 상기 제3 단계의 판단결과 지중선로 또는 혼재선로인 경우에는 2회선 고장을 일괄적으로 적용해 상정사고 해석을 수행하고, 상기 제3 단계의 판단결과 가공선로인 경우에는 1회선 고장을 일괄적으로 적용해 상정사고 해석을 수행할 수 있다.
상기 제3 단계는 상기 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비가 상기 선로 판별 기준 값을 초과하면 상기 가공선로로 판별하고, 상기 송전선로의 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비가 상기 선로 판별 기준 값을 초과하지 않으면 상기 지중선로로 판별할 수 있다. 이때, 상기 선로 판별 기준 값은 0.99에서 1.86 사이의 값으로 설정될 수 있다.
지중 및 가공선로를 쉽게 구분하여 PSS/E에 자체 내장된 상정사고 자동실행 기능을 이용함으로써, 별도의 상정사고 리스트 없이 다양한 상정사고에 대해 쉽고, 빠르고, 정확하게 상정사고 검토를 할 수 있어 업무효율화를 제고시킬 수 있다.
또한, 현재 운영 중인 전력계통 해석시스템에서 필요로 하는, 수천 개의 상정사고 리스트의 작성 및 수정이 필요 없게 되어 시스템 고도화를 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력계통 해석장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터 장치의 예를 도시한 블록도이다.
도 3은 계통해석 데이터에 필요한 설비정보를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 각각 대지귀로 자기 인덕턴스와 상호 인덕턴스를 나타내는 도면이다.
도 6과 도 7은 각각 송전선로의 정상 임피던스와 영상 임피던스를 나타내는 도면이다.
도 8은 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비를 구간별로 나타낸 분포도이다.
도 9는 송전선로 임피던스를 이용해 지중 및 가공선로(혼재선로)를 판정하는 전체적인 동작을 나타내는 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "……부", "……기", "……모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명에서 설명하는 장치들은 적어도 하나의 프로세서, 메모리 장치, 통신 장치 등을 포함하는 하드웨어로 구성되고, 지정된 장소에 하드웨어와 결합되어 실행되는 프로그램이 저장된다. 하드웨어는 본 발명의 방법을 실행할 수 있는 구성과 성능을 가진다. 프로그램은 도면들을 참고로 설명한 본 발명의 동작 방법을 구현한 명령어(instructions)를 포함하고, 프로세서와 메모리 장치 등의 하드웨어와 결합하여 본 발명을 실행한다.
본 명세서에서 "전송 또는 제공"은 직접적인 전송 또는 제공하는 것뿐만 아니라 다른 장치를 통해 또는 우회 경로를 이용하여 간접적으로 전송 또는 제공도 포함할 수 있다.
본 명세서에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력계통 해석장치(100)를 개략적으로 나타낸다.
전력계통 해석장치(100)는 스카다 시스템을 통해 취득되는 실시간 계측데이터를 활용하여 계통해석 데이터를 자동으로 만들고, 여러 상정사고를 자동으로 적용하여 과부하, 저전압 등 문제점을 계통운영자에게 알려주는 장치이다. 스카다(SCADA:Supervisory Control And Data Acquisition) 시스템은 산업공정/기반시설/설비를 바탕으로 설비를 감시하고 제어하는 컴퓨터 시스템을 말한다. 일반적으로 스카다 시스템은 인간과 기계 인터페이스를 위한 장치, 감시제어 프로세스를 담당하는 장치, 데이터를 수집하고 제어를 위한 실질적인 명령을 내릴 수 있는 통신장치와 현장 제어·감시 장치로 구성되어 있다. 스카다 시스템은 원격제어가 가능하다는 점이 특징으로 효율적이고 신속한 제어를 통해 전력설비의 운전과 고장복구가 가능하고, 비상상황시 전력설비의 긴급정지를 신속하게 이행할 수 있는 장점을 가지고 있다.
기존의 전력계통 해석시스템에서는 필수적인 상정사고 검토를 위해 수백내지 수천개의 1~2회선 송전선로 상정사고 리스트를 일일이 엑셀로 작성해야 했으며, 만약 송전선로 신설, 증설 등 계통 변경이 발생하면 일일이 상정사고 리스트를 수정해야 하는 불편이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력계통 해석장치(100)는 스카다 시스템을 통해 취득되는 입력 데이터(PSS/E 데이터)에 포함되어 있는 송전선로 임피던스만을 가지고 지중 및 가공선로(혼재선로 포함)를 판별하는 방법을 구현하였다. 이처럼, 지중 및 가공선로를 쉽게 구분하여 PSS/E 자체 내장된 상정사고 자동실행 기능을 이용한다면 별도의 상정사고 리스트 없이 다양한 상정사고에 대해 누구나 쉽고, 빠르고, 정확하게 상정사고 검토를 할 수 있을 것이다.
도 1에서, 전력계통 해석장치(100)는 상태추정모듈(110), 계통해석 데이터베이스(120), 지중 및 가공선로 판별 모듈(130), 상정사고 해석모듈(140), 조류계산모듈(150)을 포함한다.
상태추정모듈(110)은 스카다를 통해 취득되는 발전기 계측값, 송변전 계측값 및 계통자료(토폴로지, 임피던스 등)에 기초해, 취득자료의 오차를 보정하고 미취득자료를 추정해 정확한 계통운영자료를 제공하는 부분으로, 상태추정모듈(110)의 추정결과는 계통해석 데이터베이스(120)에 저장된다.
지중 및 가공선로 판별 모듈(130)은 계통해석 데이터베이스(120)에 저장된 데이터 또는 스카다 시스템으로부터 전달되는 계통 입력 데이터에 기초해, 송전선로의 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비를 구하고 이를 이용해 가공선로 및 지중선로(혼재 선로 포함)를 자동판별한다
계통해석 데이터베이스(120)는 상태추정모듈(110)에 의해 오차 보정된 발전기 계측값, 송변전 계측값 및 계통자료(토폴로지, 임피던스 등)를 저장하고 있다.
상정사고 해석모듈(140)은 계통해석 데이터베이스(120)에 저장되어 있는 데이터와 지중 및 가공선로 판별 모듈(130)에 의해 판별된 가공선로 및 지중선로 정보에 기초해 전력계통설비의 고장을 상정하고 전력계통 운영상태를 분석하여 상정사고시 전력계통상태를 계통운영에 반영한다. 구체적으로, 상정사고 해석모듈(140)은 지중 및 가공선로 판별 모듈(130)에 의해 판별되는 지중선로(혼재선로 포함)에 대해서는 2회선 고장을 일괄적으로 적용해 상정사고 해석을 수행하고, 가공선로에 대해서는 1회선 고장을 일괄적으로 적용해 상정사고 해석을 수행한다.
조류계산모듈(140)은 계통해석 데이터베이스(120)에 저장되어 있는 데이터를 기초로 모선전압, 선로조류, 위상각 등을 계산하여 선로과부하, 모선전압 유지상태를 분석한다. 조류계산모듈(140)은 다른 계통 응용프로그램과 공통적인 계통모듈을 이용해 기능의 해를 최적화할 수 있고, 다른 기능에서 최적화된 상태를 사용할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 장치의 예를 도시한 블록도이다. 도 1에서 설명한 전력계통 해석장치는 도 2에 도시된 컴퓨터 장치(200)에 의해 구현될 수 있다.
이러한 컴퓨터 장치(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 메모리(210), 프로세서(220), 통신 인터페이스(230) 그리고 입출력 인터페이스(240)를 포함할 수 있다. 메모리(210)는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 여기서 ROM과 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치는 메모리(210)와는 구분되는 별도의 영구 저장 장치로서 컴퓨터 장치(200)에 포함될 수도 있다. 또한, 메모리(210)에는 운영체제와 적어도 하나의 프로그램 코드가 저장될 수 있다. 이러한 소프트웨어 구성요소들은 메모리(210)와는 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체로부터 메모리(210)로 로딩될 수 있다. 이러한 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체는 플로피 드라이브, 디스크, 테이프, DVD/CD-ROM 드라이브, 메모리 카드 등의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 소프트웨어 구성요소들은 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체가 아닌 통신 인터페이스(230)를 통해 메모리(210)에 로딩될 수도 있다. 예를 들어, 소프트웨어 구성요소들은 네트워크(300)를 통해 수신되는 파일들에 의해 설치되는 컴퓨터 프로그램에 기반하여 컴퓨터 장치(200)의 메모리(210)에 로딩될 수 있다.
프로세서(220)는 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 메모리(210) 또는 통신 인터페이스(230)에 의해 프로세서(220)로 제공될 수 있다. 예를 들어 프로세서(220)는 메모리(210)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 수신되는 명령을 실행하도록 구성될 수 있다.
통신 인터페이스(230)는 네트워크(300)를 통해 컴퓨터 장치(200)가 다른 장치(일례로, 앞서 설명한 저장 장치들)와 서로 통신하기 위한 기능을 제공할 수 있다. 일례로, 컴퓨터 장치(200)의 프로세서(220)가 메모리(210)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 생성한 요청이나 명령, 데이터, 파일 등이 통신 인터페이스(230)의 제어에 따라 네트워크(300)를 통해 다른 장치들로 전달될 수 있다. 역으로, 다른 장치로부터의 신호나 명령, 데이터, 파일 등이 네트워크(300)를 거쳐 컴퓨터 장치(200)의 통신 인터페이스(230)를 통해 컴퓨터 장치(200)로 수신될 수 있다. 통신 인터페이스(230)를 통해 수신된 신호나 명령, 데이터 등은 프로세서(220)나 메모리(210)로 전달될 수 있고, 파일 등은 컴퓨터 장치(200)가 더 포함할 수 있는 저장 매체(상술한 영구 저장 장치)로 저장될 수 있다.
입출력 인터페이스(240)는 입출력 장치(250)와의 인터페이스를 위한 수단일 수 있다. 예를 들어, 입력 장치는 마이크, 키보드 또는 마우스 등의 장치를, 그리고 출력 장치는 디스플레이, 스피커와 같은 장치를 포함할 수 있다. 다른 예로 입출력 인터페이스(240)는 터치스크린과 같이 입력과 출력을 위한 기능이 하나로 통합된 장치와의 인터페이스를 위한 수단일 수도 있다. 입출력 장치(250)는 컴퓨터 장치(200)와 하나의 장치로 구성될 수도 있다.
또한, 다른 실시예들에서 컴퓨터 장치(200)는 도 2의 구성요소들보다 더 적은 혹은 더 많은 구성요소들을 포함할 수도 있다. 그러나 대부분의 종래기술적 구성요소들을 명확하게 도시할 필요성은 없다. 예를 들어, 컴퓨터 장치(200)는 상술한 입출력 장치(250) 중 적어도 일부를 포함하도록 구현되거나 또는 트랜시버(transceiver), 데이터베이스 등과 같은 다른 구성요소들을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력계통 해석장치(100)에 의하면, 입력 데이터인 PSS/E 계통 해석 데이터는 모선, 발전기, 조상설비, 부하, 송전선로, 변압기 등 수 만개의 정보로 구성된다.
도 3은 계통해석 데이터에 필요한 설비정보를 나타내고 있다. 여기서 기지값이란 미지값을 구하기 위하여 검토자가 미리 지정해 입력해 주는 값이다. 미지값이란 PSS/E 프로그램의 조류계산 시뮬레이션 과정을 통해 나오는 계산값이다. 본 발명의 실시예에서, 송전선로 임피던스는 전용 계산프로그램에 의해 계산되거나 실측을 통해 미리 정해질 수 있다.
도 3의 기지값 중에서 송전선로의 임피던스(R, X)와 충전용량(C), 변압기의 임피던스(X)와 탭(X), 발전기 임피던스(X)는 신증설이 없는 이상, 항상 일정한 값을 유지한다.
표 1은 계통계획 검토 시 사용하는 송전선로 표준정수표이다. 향후 건설예정인 송전선로는 실제 존재하지 않는 예정 설비이기 때문에 임피던스를 실측할 수도 없고 계산할 수도 없다. 이런 경우 송전선로의 표준정수표를 활용하여 계통해석 데이터에 입력하고 계통검토를 시행할 수 있다.
표 1에서, 가공, 지중, 전압, 선종, 규격별로 km당 정상 임피던스(R1, X1)와 영상 임피던스(R0, X0)가 미리 정해져 있다. 가공선로 임피던스는 도체의 소재, 전선 배열, 전선간 거리 등에 의해 결정되고, 지중선로의 경우에는 케이블 규격, 케이블 중심간격, 도체외경, 시스규격, 도체저항 등에 의해 정해진다. 각 선종, 규격의 특성 때문에 km당 임피던스만으로는 지중, 가공 송전선로의 구별이 어렵다.
표 1에서 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비 (Z0/Z1)를 살펴보면, 가공선로는 2.42~3.60의 범위이고, 평균은 2.81이다. 지중선로는 0.32~0.99이고, 평균은 0.58이다. 따라서 영상, 정상 임피던스의 비로 지중, 가공선로의 명확한 구분이 가능함을 알 수 있다.
한편, 가공선로의 영상 임피던스가 정상 임피던스 보다 약 3배 정도 큰 것은 다음과 같이 증명할 수 있다.
3상 3선식 가공 송전선로에서 임피던스는 대지귀로 자기 인덕턴스(Ls), 대지귀로 상호 인덕턴스(Lm), 작용 인덕턴스(L)로 나눌 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 대지귀로 자기 인덕턴스(Ls)는 자신의 상전류에 의해서 발생된 자속과 자신의 상도체와 쇄교하는 자속에 의한 인덕턴스로 실측값은 2.4[mH/km]이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 대지귀로 상호 인덕턴스(Lm)는 다른 상의 전류에 의해서 발생된 자속이 자신의 상과 쇄교하여 발생되는 인덕턴스로 실측값은 1.1[mH/km]이다.
작용 인덕턴스(L)는 전선 1상에 쇄교하는 모든 자속에 의한 인덕턴스로 자기 인덕턴스와 상호 인덕턴스의 합이다. 흔히 우리가 말하는 송전선로의 인덕턴스는 작용 인덕턴스이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 송전선로의 정상 임피던스는 3상 전력설비 단자에 정상회전 3상 대칭전압을 인가할 때 흐르는 3상 대칭전류와 인가한 전압의 관계로부터 구한 임피던스이다(Z1 = V1/I1). 앞서 언급한 자기 인덕턴스와 상호 인덕턴스 실측값을 이용하여 선로의 작용 인덕턴스와 정상 임피던스를 구할 수 있다. 도 6에서, 정상 임피던스 X1은 다음의 수학식 1과 같이, 자기 인덕턴스(Ls(Ia))와 상호 인덕턴스(Lm (Ib), Lm (Ic))의 벡터 합으로 구해진다.
Figure pat00002
Figure pat00003
도 7에 도시한 바와 같이, 영상 임피던스는 3상 전력설비 단자에 일괄하여 단상 전압을 인가할 때 대지 귀로를 통하여 3상에 흐르는 크기와 위상이 같은 영상전류와 인가한 영상전압의 관계로부터 구한 임피던스이다 (Z0 = V0/I0). 영상 임피던스는 각 상의 위상이 동일하므로 스칼라 합으로 구한다. 도 7에서, 정상 임피던스 X0은 다음의 수학식 2에 의해 구해진다.
Figure pat00004
Figure pat00005
수학식 1과 수학식 2로부터, 가공 송전선로의 정상 임피던스와 영상 임피던스 관계를 살펴보면, 영상임피던스는 1.73 [Ω/km], 정상 임피던스는 0.49 [Ω/km]로 계산되며, 영상 임피던스가 정상 임피던스보다 약 3배 이상 크다는 사실을 알 수 있다. 따라서 표 1의 송전선로 표준정수에서 확인한 영상 임피던스와 정상 임피던스의 평균비(Z0/Z1 ≒ 2.8배)는 유효하다 할 수 있다.
한편, 송전선로를 구분할 때 가공 송전선로, 지중 송전선로 외에 가공과 지중이 혼재된 송전선로도 존재한다. 혼재 선로도 가공구간이 존재하기 때문에 2회선 고장을 상정한다. 그러나 혼재 송전선로에 대해서는 표 1과 같은 표준정수가 없어, 영상, 정상 임피던스의 비로 구분가능한지 확인할 수 없다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 실제 운전 중인 송전선로 임피던스를 살펴보면서 ① 혼재 송전선로의 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비(Z0/Z1) 값의 경향, ② Z0/Z1 값으로 지중, 가공선로, 혼재선로의 구분이 가능한지 여부를 확인해 본다.
한국전력공사 대전세종충남본부의 154kV 이상 223개 송전선로에 대해 지중, 가공선로의 정상, 영상 임피던스를 비교하였다.
표 2는 지중, 가공, 혼재선로의 단위길이당 정상 영상 임피던스(%Z0) 및 정상 임피던스(%Z1)를 나타내며, 표 3은 지중, 가공, 혼재선로의 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비를 나타낸다.
표 3에서, 765kV와 345kV는 모두 가공선로이며 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비(Z0/Z1)는 각각 2.47~2.50, 2.61~3.27이다. 154kV 선로는 지중, 가공, 혼재(지중+가공) 선로로 구성되어 있으며, Z0과 Z1의 비는 각각 0.42~0.98, 2.37~3.68, 1.87~3.53이다.
도 8은 Z0과 Z1의 비를 구간별로 나타낸 분포도이다. 도 8에서, 지중선로와 가공, 혼재선로간 뚜렷하게 구별되는 것을 볼 수 있다. 지중선로의 Z0/Z1 값은 최대 0.98이고, 가공, 혼재선로는 최소 1.87이어서 0.99~1.86 사이에 선로 판별 기준 값을 잡으면 송전선로의 영상, 정상 임피던스만을 가지고, 지중선로와 가공, 혼재선로를 구분할 수 있다.
도 9는 송전선로 임피던스를 이용해 지중, 가공선로(혼재선로)를 판정하는 전체적인 동작을 나타내는 순서도이다.
지중 및 가공선로 판별모듈(130)은 계통해석 데이터베이스(120) 또는 스카다 시스템으로부터 직접 계통해석 데이터(PSS/E 계통검토 데이터)를 취득한 후(S10), 계통해석 데이터에 포함된 송전선로 회선수가 1회선인지 2회선인지를 판단한다. (S20)
상기 단계 S20에서의 판단결과, 송전선로가 1회선인 경우에는, 가공선로 및 지중선로의 필요 없으므로 상정사고 해석모듈(150)이 1회선 상정사고를 적용해 상정사고 해석을 수행한다. (S90)
상기 단계 S20에서의 판단결과, 송전선로가 2회선 이상인 경우에는, 송전선로의 정상 임피던스와 영상 임피던스를 취득한다. (S30) 이때, 송전선로의 정상 임피던스와 영상 임피던스는 전용 프로그램에 의해 계산되거나 실측을 통해 미리 정해진다. 이후, 취득한 정상 임피던스(Z1)와 영상 임피던스(Z0)에 기초해, 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비(Z0/Z1)를 계산한다. (S40)
이후, 지중 및 가공 선로 판별모듈(130)이 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비가 선로 판별 기준 값을 초과했는지 여부를 판단한다. (S50) 이때, 선로 판별 기준 값을 0.99에서 1.86 사이의 임의의 값으로 설정할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 1.2를 선로 판별 기준 값으로 설정했다.
상기 단계 S50의 판단결과, 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비가 선로 판별 기준 값을 초과하지 않은 경우, 지중 및 가공 선로 판별모듈(120)은 지중선로로 판정하고, (S80) 상정사고 해석모듈(150)이 1회선 상정사고를 적용해 상정사고 해석을 수행한다. (S90)
상기 단계 S50의 판단결과, 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비가 선로 판별 기준 값을 초과한 경우, 지중 및 가공 선로 판별모듈(120)은 가공 또는 혼재선로로 판정하고,(S60) 상정사고 해석모듈(150)이 2회선 상정사고를 적용해 상정사고 해석을 수행한다. (S70)
상정사고 해석을 수행한 후, (S70, S90) 조류계산모듈(140)은 계통해석 데이터베이스(120)에 저장되어 있는 데이터를 기초로 모선전압, 선로조류, 위상각 등을 계산하여 선로과부하, 모선전압 유지상태를 분석한다. (S100)
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 지중 및 가공선로를 쉽게 구분하여 PSS/E에 자체 내장된 상정사고 자동실행 기능을 이용함으로써, 별도의 상정사고 리스트 없이 다양한 상정사고에 대해 쉽고, 빠르고, 정확하게 상정사고 검토를 할 수 있어 업무효율화를 제고시킬 수 있다.
또한, 현재 운영 중인 전력계통 해석시스템에서 필요로 하는, 수천 개의 상정사고 리스트의 작성 및 수정이 필요 없게 되어 시스템 고도화를 달성할 수 있다.
이상 설명된 실시예들은 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이 때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 이로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 다양한 수정, 조합 및 변경이 이루어질 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
100. 전력계통 계통해석, 110 상태추정모듈, 120 계통해석 DB
130. 지중 및 가공선로 판별모듈, 140., 상정사고 해석모듈
150. 조류계산모듈, 200. 컴퓨터 장치

Claims (15)

  1. 계통 입력 데이터에 기초해, 송전선로의 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비를 구하고 이를 이용해 가공선로 및 지중선로를 판별하는 지중 및 가공선로 판별 모듈;
    상기 지중 및 가공선로 판별 모듈에 의해 판별된 가공선로 또는 지중선로 정보에 기초해 전력계통설비의 고장을 상정하고 상정사고 해석을 수행하는 상정사고 해석모듈; 및
    상기 계통 입력 데이터를 기초로 모선전압, 선로조류, 위상각을 계산하여 선로과부하, 모선전압 유지상태를 분석하는 조류계산 모듈을 포함하는 전력계통 해석장치.
  2. 제1항에서,
    스카다를 통해 취득되는 발전기 계측값, 송변전 계측값 및 계통자료에 기초해, 취득자료의 오차를 보정하고 미취득자료를 추정하는 상태추정모듈; 및
    상기 상태추정모듈에 의해 오차 보정된 발전기 계측값, 송변전 계측값 및 계통자료를 저장하는 계통해석 데이터베이스를 더 포함하는 전력계통 해석장치.
  3. 제2항에서,
    상기 상정사고 해석모듈은 계통해석 데이터베이스에 저장되어 있는 데이터와 상기 지중 및 가공선로 판별 모듈에 의해 판별된 가공선로 및 지중선로 정보에 기초해 상기 전력계통설비의 고장을 상정하는 전력계통 해석장치.
  4. 제2항에서,
    상기 상정사고 해석모듈은
    상기 지중 및 가공선로 판별 모듈의 판단결과 지중선로 또는 혼재선로인 경우에는 2회선 고장을 일괄적으로 적용해 상정사고 해석을 수행하고,
    상기 지중 및 가공선로 판별 모듈의 판단결과 가공선로인 경우에는 1회선 고장을 일괄적으로 적용해 상정사고 해석을 수행하는 전력계통 해석장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
    상기 지중 및 가공선로 판별 모듈은 상기 송전선로의 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비와 선로 판별 기준 값을 비교해서, 상기 가공선로 및 지중선로를 판별하는 전력계통 해석장치.
  6. 제5항에서,
    상기 지중 및 가공선로 판별 모듈은
    상기 송전선로의 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비가 상기 선로 판별 기준 값을 초과하면 상기 가공선로로 판별하고, 상기 송전선로의 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비가 상기 선로 판별 기준 값을 초과하지 않으면 상기 지중선로로 판별하는 전력계통 해석장치.
  7. 제6항에서,
    상기 선로 판별 기준 값은 0.99에서 1.86 사이의 값으로 설정되는 전력계통 해석장치.
  8. 송전선로의 정상 임피던스와 영상 임피던스를 취득하는 제1 단계;
    상기 취득한 정상 임피던스와 영상 임피던스에 기초해, 상기 송전선로의 정상 임피던스와 영상 임피던스의 비를 확보하는 제2 단계;
    상기 정상 임피던스와 영상 임피던스의 비와 선로 판별 기준 값의 비교결과에 기초해, 지중선로 또는 가공선로를 판별하는 제3 단계; 및
    상기 지중선로 또는 가공선로의 판별 결과에 기초해, 상정사고 해석을 수행하는 제4 단계를 포함하는 전력계통 해석방법.
  9. 제8항에서,
    계통해석 데이터를 기초로 모선전압, 선로조류, 위상각을 계산하여 선로과부하, 모선전압 유지상태를 분석하는 제5 단계를 더 포함하는 전력계통 해석방법.
  10. 제9항에서,
    계통해석 데이터에 포함된 송전선로 회선수가 2개 이상인 경우, 상기 제1 내지 제4 단계를 수행하는 전력계통 해석방법.
  11. 제10항에서,
    상기 제4 단계는
    상기 제3 단계의 판단결과 지중선로 또는 혼재선로인 경우에는 2회선 고장을 일괄적으로 적용해 상정사고 해석을 수행하고,
    상기 제3 단계의 판단결과 가공선로인 경우에는 1회선 고장을 일괄적으로 적용해 상정사고 해석을 수행하는 전력계통 해석방법.
  12. 제10항에서,
    상기 제3 단계는
    상기 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비가 상기 선로 판별 기준 값을 초과하면 상기 가공선로로 판별하고, 상기 송전선로의 영상 임피던스와 정상 임피던스의 비가 상기 선로 판별 기준 값을 초과하지 않으면 상기 지중선로로 판별하는 전력계통 해석방법.
  13. 제12항에서,
    상기 선로 판별 기준 값은 0.99에서 1.86 사이의 값으로 설정되는 전력계통 해석방법.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터 장치에 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록되어 있는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  15. 컴퓨터에서 판독 가능한 명령을 실행하도록 구현되는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서에 의해,
    송전선로의 정상 임피던스와 영상 임피던스를 취득하고,
    상기 취득한 정상 임피던스와 영상 임피던스에 기초해, 상기 송전선로의 정상 임피던스와 영상 임피던스의 비를 확보하고,
    상기 정상 임피던스와 영상 임피던스의 비와 선로 판별 기준 값의 비교결과에 기초해, 지중선로 또는 가공선로를 판별하고,
    상기 지중선로 또는 가공선로의 판별 결과에 기초해, 상정사고 해석을 수행하는 컴퓨터 장치.
KR1020220106316A 2022-08-24 2022-08-24 지중 및 가공선로 자동판별에 기초한 전력계통 해석장치 및 방법 KR20240028162A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220106316A KR20240028162A (ko) 2022-08-24 2022-08-24 지중 및 가공선로 자동판별에 기초한 전력계통 해석장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220106316A KR20240028162A (ko) 2022-08-24 2022-08-24 지중 및 가공선로 자동판별에 기초한 전력계통 해석장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240028162A true KR20240028162A (ko) 2024-03-05

Family

ID=90298872

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220106316A KR20240028162A (ko) 2022-08-24 2022-08-24 지중 및 가공선로 자동판별에 기초한 전력계통 해석장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240028162A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Milanovic et al. The influence of fault distribution on stochastic prediction of voltage sags
Papic et al. Survey of tools for risk assessment of cascading outages
CN110988601A (zh) 一种配网分支线路故障定位方法及装置
Ferreira et al. Faults monitoring system in the electric power grid of medium voltage
KR20210043856A (ko) 전력망 고장 분석 처리 방법
CN113433419A (zh) 基于多态数据协同处理的智能告警方法及系统
CN117096836A (zh) 同杆多回线路的越级跳闸保护系统、方法及存储介质
CN109557398B (zh) 一种配电网故障诊断方法和装置
KR20240028162A (ko) 지중 및 가공선로 자동판별에 기초한 전력계통 해석장치 및 방법
CN111552682A (zh) 一种基于专家模型库的窃电类型诊断方法
CN112258030A (zh) 配电网智能开关站的选址方法、系统及信息数据处理终端
CN108847656B (zh) 基于自适应动态贡献率的配网接地选线保护系统
CN116070383A (zh) 一种基于虚回路连接关系的主接线图自动生成方法
CN114757496A (zh) 配电网供电可靠性的评估方法及装置
CN113376553B (zh) 三相四线计量串电流回路接线的智能甄别方法和系统
Pazdcrin et al. Platform for testing IEC 61850 control systems using real-time simulator
CN114113875A (zh) 一种配电线路故障定位方法
CN111342554B (zh) 一种台区拓扑自动识别系统和方法
CN111737875A (zh) 有功功率不平衡率分析诊断方法、系统及计算机设备
CN111398857A (zh) 消弧线圈接地系统用选线装置的单相接地故障检测系统
CN112001588A (zh) 基于n-1态下的事故事件在线预判方法及装置
CN113702758B (zh) 一种变电站母线的失压检测方法及相关装置
Vukojevic et al. Making a smart grid case: Fault circuit indicators
CN113361607B (zh) 一种中压配网线路问题分析方法及装置
TWI831043B (zh) 三端電力線路故障定位修正系統與方法、以及電腦可讀取儲存媒體