WO2025150754A1 - 전력 시스템을 위한 시스템 제어 장치 및 그의 제어 방법 - Google Patents

전력 시스템을 위한 시스템 제어 장치 및 그의 제어 방법

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WO2025150754A1
WO2025150754A1 PCT/KR2024/021571 KR2024021571W WO2025150754A1 WO 2025150754 A1 WO2025150754 A1 WO 2025150754A1 KR 2024021571 W KR2024021571 W KR 2024021571W WO 2025150754 A1 WO2025150754 A1 WO 2025150754A1
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power
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sub
nth
power conversion
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PCT/KR2024/021571
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김명환
류제창
김승주
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LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • 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
    • 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
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current

Definitions

  • the present invention relates to a technology for detecting a short circuit fault occurring in a power system and protecting the power system from the short circuit fault.
  • lithium batteries are receiving attention due to their advantages such as the fact that they have almost no memory effect compared to nickel-based batteries, are free to charge and discharge, have a very low self-discharge rate, and have high energy density.
  • a power system In order to properly supply the power required to operate multiple electrical loads, such as chargers and dischargers used in the aforementioned battery activation process, a power system is required.
  • the power system is wired so that a main power conversion facility and multiple sub-power conversion facilities equipped for supplying power to multiple electrical loads have a hierarchical relationship through a number of power channels.
  • short circuits can occur within the power system due to various reasons such as aging of power lines, operator errors, etc.
  • a short circuit occurs, a very large current can flow, causing equipment damage or personal injury such as electric shock.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and the purpose of the present invention is to provide a system control device and a control method thereof capable of identifying the point of occurrence of a short circuit accident when a short circuit accident occurs in a power system equipped with a main power conversion facility and a plurality of sub-power conversion facilities having a hierarchical relationship with each other.
  • the present invention aims to provide a system control device and a control method thereof that enable partial operation of a power system even in a situation where a short-circuit accident has not been resolved by allowing current to flow between each sub-power conversion facility belonging to an electrical area where a short-circuit accident does not occur among the plurality of sub-power conversion facilities and the main power conversion facility.
  • a system control device for a power system.
  • the power system includes a main power conversion facility, first to nth sub-power conversion facilities connected to the main power conversion facility through first to nth primary power channels branched from a main power channel, and first to nth electric loads individually connected to the first to nth sub-power conversion facilities through first to nth secondary power channels.
  • n is a natural number greater than or equal to 2.
  • the above controller can control the main protector to cut off the supply of power to the main power channel when it is determined that a short circuit fault has occurred in the power system.
  • the controller may control the main protector to apply an electrical stimulus to the main power channel when it is determined that a short circuit fault has occurred in the power system.
  • the controller may determine, based on a measurement of a current flowing in an i-th secondary power channel while the electrical stimulus is being applied to the main power channel, whether an occurrence point of the short circuit fault exists within an i-th electrical region from an i-th primary power channel to an i-th electrical load.
  • i is a natural number less than or equal to n.
  • the above controller can determine that the i-th sub-power conversion facility is the point of occurrence of the short-circuit accident when the measured value of the current flowing in the main power channel is greater than or equal to a threshold value and the measured value of the current flowing in the i-th secondary power channel is less than the threshold value.
  • the above controller may disallow operation of the i-th sub-power conversion facility if it is determined that the i-th sub-power conversion facility is the point where the short-circuit accident occurred.
  • the above controller can determine that the i-th electric load is the point where the short-circuit accident occurred when the measured value of the current flowing in the main power channel is greater than or equal to a threshold value and the measured value of the current flowing in the i-th secondary power channel is greater than or equal to the threshold value.
  • the above controller can control the i-th sub-protector to cut off the current of the i-th secondary power channel when it is determined that the i-th electric load is the point where the short circuit fault occurred.
  • the above controller can control, in an on-state, a sub-power conversion device of each electrical area in which it is determined that no point of occurrence of the short-circuit fault exists among the first to nth electrical areas.
  • the i-th sub-protector may include an i-th sub-current sensor for detecting a current flowing through the i-th secondary power channel, and an i-th sub-switch for opening and closing the energization of the i-th secondary power channel.
  • i is a natural number less than or equal to n.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing the overall configuration of a power system according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 schematically illustrates the detailed configuration of the main protector illustrated in Figure 1.
  • FIG. 3 schematically illustrates the detailed configuration of the sub-protector illustrated in Figure 1.
  • Figures 4 to 6 are drawings for reference in explaining short-circuit accidents that may occur within a power system.
  • FIG. 7 is a flowchart schematically illustrating a control method of a system control device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart referenced to explain the detailed procedure of step S730 of FIG. 7.
  • the power system (10) includes a main power conversion facility (ME), a DC grid (DG), and first to nth sub-power conversion facilities (SE 1 to SE n ).
  • n is a natural number greater than or equal to 2.
  • the power system (10) may further include a system control device (100).
  • the voltage of the DC power output from the main power conversion equipment (ME) can be maintained at a predetermined reference voltage (e.g., 370 [V]) by feedback control.
  • the main power conversion equipment (ME) can include at least one unidirectional AC-DC converter and/or at least one bidirectional AC-DC converter.
  • a DC grid may include a main power channel (MH) and first to nth primary power channels (SA 1 to SA n ).
  • the first to nth primary power channels (SA 1 to SA n ) are power lines branched from the main power channel (MH), and one end of each of the first to nth primary power channels (SA 1 to SA n ) is electrically connected to one end of the main power channel (MH).
  • the first to nth electrical loads (L 1 to L n ) can be individually electrically connected to the first to nth sub-power conversion equipment (SE 1 to SE n ) via the first to nth secondary power channels (SB 1 to SB n ).
  • the power system (10) can further include the first to nth electrical loads ( L 1 to L n ).
  • the i-th electric load (L i ) can perform its own function by using the direct current power supplied from the i-th sub-power conversion facility (SE i ).
  • the first to n-th secondary power channels (SB 1 to SB n ) can be included in the power system (10).
  • the system control device (100) may include a main protector (MP), first to nth sub-protectors (SP 1 to SP n ), and a controller (CL).
  • MP main protector
  • SP 1 to SP n first to nth sub-protectors
  • CL controller
  • the controller (CL) can be operably coupled to the main protector (MP) and the first to nth sub-protectors (SP 1 to SP n ).
  • the main protector (MP) and the first to nth sub-protectors (SP 1 to SP n ) can be individually coupled to the controller (CL) via communication lines.
  • the main protector (MP) can be installed in the main power channel (MH).
  • the first to nth sub-protectors (SP 1 to SP n ) can be individually installed in the first to nth secondary power channels (SB 1 to SB n ).
  • a controller is configured to monitor the status of at least one of a DC grid (DG), a main power conversion facility (ME), first to nth sub-power conversion facilities (SE 1 to SE n ) and first to nth electric loads (L 1 to L n ) coupled thereto, and to execute a control function corresponding to the monitored status.
  • DG DC grid
  • ME main power conversion facility
  • SE 1 to SE n sub-power conversion facilities
  • L 1 to L n first to nth electric loads
  • the controller may be configured to include, in hardware terms, at least one of ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays), microprocessors, and other electrical units for performing functions.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • microprocessors and other electrical units for performing functions.
  • the controller (CL) can have memory.
  • the memory can include at least one type of storage medium among a flash memory type, a hard disk type, a solid state disk type, an SDD type, a multimedia card micro type, a random access memory (RAM), a static random access memory (SRAM), a read-only memory (ROM), an electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), and a programmable read-only memory (PROM).
  • the memory can store data and a program required for an operation by the controller (CL).
  • the memory section can store data indicating a result of an operation by the controller (CL).
  • the controller (CL) can determine whether an unintended short circuit fault has occurred within the power system (10) based on the detected value of the current flowing through the main power channel (MH) and/or the i -th secondary power channel (SB i ).
  • the controller (CL) can transmit a first control signal for instructing the i-th sub-power conversion facility (SE i ) to operate in an on-state or a second control signal for instructing a transition from the on-state to an off-state.
  • the i-th sub-power conversion facility (SE i ) can supply direct current power to the i-th electric load (L i ) through the i-th secondary power channel (SB i ).
  • FIG. 1 schematically illustrates the detailed configuration of the main protector (MP) illustrated in Figure 1
  • Figure 3 schematically illustrates the detailed configuration of the sub protector (SP) illustrated in Figure 1.
  • the main protection device (MP) may include a main current sensor (MCS) and a main switch (MS).
  • the main current sensor (MCS) and the main switch (MS) may be connected in series.
  • the main switch (MS) may be located electrically closer to the main power conversion equipment (ME) than the main current sensor (MCS).
  • the main current sensor (MCS) can detect the current flowing through the main power channel (MH).
  • the controller (CL) can determine whether a short circuit fault has occurred in the power system (10) based on the detection value of the current detected by the main current sensor (MCS).
  • the main switch (MS) can open and close the main power channel (MH).
  • the main power conversion equipment (ME) can be electrically connected to the ith sub-power conversion equipment (SE i ).
  • SE i sub-power conversion equipment
  • the main power conversion equipment (ME) can be electrically separated from the ith sub-power conversion equipment (SE i ).
  • the main protector (MP) may further include a stimulus generator (SG).
  • SG stimulus generator
  • the stimulus generator (SG) is configured to generate an electrical stimulus in response to an operation command from the controller (CL).
  • the controller (CL) determines that a short circuit has occurred in the power system (10)
  • the controller (CL) can transmit an operation command to the stimulus generator (SG) that induces the generation of an electrical stimulus.
  • the electrical stimulus generated by the stimulus generator (SG) can be applied between the positive line and the negative line of the main power channel (MH).
  • the electrical stimulus can be a voltage pulse signal.
  • the voltage level of the voltage pulse signal can be within a predetermined voltage range.
  • the duty ratio of the voltage pulse signal can be predetermined.
  • the i-th sub-protector (SP i ) may include an i-th sub-current sensor (SCS i ) and an i-th sub-switch (SS i ).
  • the i-th sub-current sensor (SCS i ) and the i-th sub-switch (SS i ) may be connected in series.
  • the i-th sub-switch (SS i ) may be located electrically closer to the i-th sub-power conversion equipment (SE i ) than the i-th sub-current sensor (SCS i ).
  • the i-th sub-current sensor (SCS i ) can detect a current flowing through the i-th secondary power channel (SB i ).
  • the controller (CL) can determine, based on the detection value of the current detected by the i-th sub-current sensor (SCS i ), whether the occurrence point of the short circuit fault is located within the i-th electrical region.
  • the i-th electrical region can be at least a part of a power path from the i-th primary power channel (SA i ) to the i-th secondary power channel (SB i ) or from the i-th primary power channel (SA i ) to the i-th electrical load (L i ).
  • the ith sub-switch (SS i ) can open and close the current of the ith secondary power channel (SB i ).
  • the ith sub-power conversion facility (SE i ) can be electrically connected to the ith electrical load (L i ).
  • the ith sub-power conversion facility (SE i ) can be electrically isolated from the ith electrical load (L i ).
  • the controller (CL) can control the i-th sub-switch (SS i ) to be in the on-state while an electrical stimulus is applied to the main power channel (MH) by the stimulus generator (SG).
  • Figures 4 to 6 are drawings for reference in explaining a short circuit accident that may occur within a power system (10).
  • a short circuit fault means a state in which two power lines of at least one power channel in a power system (10) are electrically short-circuited to each other due to some cause. Since the resistance at the point where the short circuit fault occurs is close to 0, current may be concentrated at that point.
  • Fig. 4 illustrates a situation where a point of occurrence of a short circuit fault is within a main electrical region, not an i-th electrical region.
  • the main electrical region may be a portion from a predetermined point of a main power channel (MH) to a stimulus generator (SG).
  • SG stimulus generator
  • most of the current induced by an electrical stimulus applied by the stimulus generator (SG) flows concentratedly within the main electrical region without flowing to the i-th electrical region. That is, most of the current induced by the electrical stimulus may flow in a closed circuit (see the dotted arrow line) including the short circuit point, two power lines of the main power channel (MH), and the stimulus generator (SG).
  • the current detected by each of the main current sensor (MCS) and the i-th sub-current sensor (SCS i ) may hardly change before and after the application of the electrical stimulus by the stimulus generator (SG).
  • Fig. 5 illustrates a situation where a short circuit fault occurs within a front end portion of an i-th electrical region.
  • the front end portion of the i-th electrical region may be a portion from the front end of the i-th primary power channel (SA i ) (the connection point with the main power channel) to the front end of the i-th sub-protector (SP i ) (i.e., the front end of the i-th secondary power channel).
  • SA i primary power channel
  • SP i sub-protector
  • SE i short circuit fault of the i-th sub-power conversion device
  • most of the current induced by the electrical stimulus applied by the stimulus generator (SG) flows concentratedly in the front end portion of the i-th electrical region. That is, most of the current induced by the electrical stimulus may flow in a closed circuit (see the dotted arrow line) including the short circuit point (e.g., the input terminal or the output terminal of the i-th sub-power conversion device), two power lines of the i-th secondary power channel (SB i ), the main current sensor (MCS), and the stimulus generator (SG).
  • the short circuit point e.g., the input terminal or the output terminal of the i-th sub-power conversion device
  • SB i secondary power channel
  • MCS main current sensor
  • the stimulus generator (SG) the change in the current detected by the main current sensor (MCS) may be much larger than the change in the current detected by the i-th sub-current sensor (SCS i ).
  • Fig. 6 illustrates a situation where a short circuit fault occurs within the rear end portion of the i-th electrical region.
  • the rear end portion of the i-th electrical region may be a portion from the rear end of the i-th sub-protector (SP i ) (i.e., the rear end of the i-th secondary power channel) to the i-th electrical load (L i ).
  • SP i sub-protector
  • a short circuit fault within the rear end portion of the i-th electrical region may simply be referred to as a short circuit fault of the i-th electrical load (L i ).
  • most of the current induced by the electrical stimulus applied by the stimulus generator (SG) flows not only through the front end portion of the i-th electrical region but also through the rear end portion.
  • most of the current induced by the electrical stimulus may flow in a closed circuit (see the dotted arrow line) including the short circuit point (e.g., the input terminal of the i-th electrical load or the inside of the i-th electrical load), two power lines of the i-th secondary power channel (SB i ), the main current sensor (MCS), the i-th sub-current sensor (SCS i ), and the stimulus generator (SG).
  • the short circuit point e.g., the input terminal of the i-th electrical load or the inside of the i-th electrical load
  • SB i secondary power channel
  • MCS main current sensor
  • SCS i i-th sub-current sensor
  • the stimulus generator SG
  • the amount of change in current detected by each of the main current sensor (MCS) and the ith sub-current sensor (SCS i ) has a characteristic dependent on where the short-circuit fault occurs among the main power channel (MH), the front end of the ith electrical region, and the rear end of the ith electrical region.
  • FIG. 7 is a flowchart schematically illustrating a control method of a system control device (100) according to another embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 7 can be repeatedly executed periodically or aperiodically, on the condition that the power system (10) is in operation.
  • the main switch (MS) of the main protector (MP) is controlled to an on-state.
  • the operation of the power system (10) can refer to a state in which the main power conversion equipment (ME) supplies power to at least one of the first to nth electric loads (L 1 to L n ).
  • step S710 the controller (CL) collects a main current signal from a main protector (MP).
  • the main current signal represents a measurement of the current flowing in the main power channel (MH).
  • step S720 the controller (CL) determines whether a short circuit fault has occurred in the power system (10). For example, if the measured value of the current flowing in the main power channel (MH) exceeds a first predetermined set value, it may be determined that a short circuit fault exists in the power system (10). As another example, if the rate of change of the current flowing in the main power channel (MH) exceeds a second predetermined set value due to a rapid increase or decrease in the current flowing in the main power channel (MH), it may be determined that a short circuit fault exists in the power system (10). If the value of step S720 is "Yes”, step S730 may be executed. If the value of step S720 is "No", the method of FIG. 7 may be terminated.
  • step S720 may control at least one of the main power conversion equipment (ME) and the main switch (MS) to an off-state. Additionally, if the value of step S720 is “Yes”, the controller (CL) can control at least one of the first to nth sub-power conversion facilities (SE 1 to SE n ) to an off state.
  • step S740 the controller (CL) controls the sub-power conversion device of each electrical region in which a short-circuit occurrence point does not exist among the first to nth electrical regions to be in the ON state.
  • Step S740 is not essential in the method according to Fig. 7, and may be included or omitted in the method according to Fig. 7 as needed.
  • step S820 the controller (CL) sets the control index i to 1.
  • step S830 the controller (CL) controls the i-th sub-switch (SS i ) to be in the on-state.
  • step S840 the controller (CL) controls the stimulus generator (SG) to apply electrical stimulation to the main power channel (MH).
  • step S850 the controller (CL) determines whether a short circuit fault has occurred within the i-th electrical region based on the main current signal collected from the main protector (MP). That is, it can be determined in step S850 whether the point of occurrence of the short circuit fault is within or outside the i-th electrical region.
  • the controller (CL) may determine that a short circuit has occurred within the i electrical region if, during application of an electrical stimulus, the measured value (magnitude) of the current flowing in the main power channel (MH) is greater than or equal to a first threshold value, or the change amount (magnitude) of the measured value of the current flowing in the main power channel (MH) is greater than or equal to a second threshold value.
  • the controller (CL) may determine that a short circuit fault has occurred within the main electrical area, not the i-th electrical area, if, during application of an electrical stimulus, the measurement of the current flowing in the main power channel (MH) is less than a first threshold value, or if the change in the measurement of the current flowing in the main power channel (MH) is less than a second threshold value.
  • step S860 may be executed. If the value of step S850 is "No”, step S880 may be performed.
  • the controller (CL) may control the i-th sub-switch (SS i ) to an OFF-state.
  • the controller (CL) may disallow the operation of the i-th sub-power conversion equipment (SE i ) (i.e., maintain it in the OFF-state).
  • step S860 the controller (CL) determines the occurrence point of a short circuit fault existing within the i-th electrical area based on the i-th sub-current signal collected from the i-th sub-protector (SP i ).
  • the controller (CL) may determine that a short circuit has occurred in a portion (e.g., a front end portion of the i-th electrical area) of the i-th electrical area to which the i-th sub-power conversion facility (SE i ) belongs but to which the i-th electrical load (L i ) does not belong.
  • the controller (CL) may determine that a short circuit has occurred in a portion (e.g., a rear portion of the i electrical area) to which the i sub-power conversion facility (SE i ) does not belong but the i electrical load (L i ) belongs, if the measured value of the current flowing in the i secondary power channel ( SB i ) is equal to or greater than a third threshold value or the amount of change in the measured value of the current flowing in the i secondary power channel (SB i ) is equal to or greater than a fourth threshold value during the application of the electrical stimulus.
  • the third threshold value may be equal to the first threshold value.
  • the fourth threshold value may be equal to the second threshold value.
  • step S870 the controller (CL) determines whether the control index i is equal to n. If the value of step S870 is “Yes”, the method according to Fig. 8 may be terminated. If the value of step S870 is “No”, the method may proceed to step S880.
  • step S880 the controller (CL) increases the control index i by 1.
  • step S880 the method according to FIG. 8 can return to step S830.
  • control index i is explained as being changed in ascending order from 1 to n, but this is only an example. Accordingly, the determination of whether a short circuit fault has occurred and the point of occurrence may be made for each of the first to nth electrical areas according to the control index i being changed in descending order from n to 1, or according to any other predetermined order.

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Abstract

전력 시스템을 위한 시스템 제어 장치 및 그의 제어 방법이 제공된다. 상기 시스템 제어 장치는, 메인 전력 채널에 설치되는 메인 보호기, 제1 내지 제n 2차 전력 채널에 개별적으로 설치되는 제1 내지 제n 서브 보호기, 및 상기 메인 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치에 기초하여, 상기 전력 시스템 내 단락 사고가 발생한 것으로 판정되는 경우, 상기 메인 보호기 및 상기 제1 내지 제n 서브 보호기 중 적어도 하나를 제어하여, 상기 단락 사고의 발생 지점을 결정하는 컨트롤러를 포함한다. n은 2 이상의 자연수이다.

Description

전력 시스템을 위한 시스템 제어 장치 및 그의 제어 방법
본 발명은 전력 시스템 내에 발생된 단락 사고를 검출하고, 단락 사고로부터 전력 시스템을 보호하는 기술에 관한 것이다.
본 출원은 2024년 01월 10일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2024-0004293호 및 2024년 12월 27일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2024-0198087호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 차량, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
배터리 활성화 공정에서는, 복수의 충방전기에 의해 다수의 배터리에 대한 개별적인 충방전 절차가 미리 정해진 활성화 스케쥴에 따라 반복되며, 보통 수 시간에서 수일에 걸쳐 진행된다.
전술된 배터리 활성화 공정에 이용되는 충방전기들 등과 같은 복수의 전기 부하를 동작시키는 데에 요구되는 전력을 적절히 공급하기 위해서는, 전력 시스템이 필요하다. 전력 시스템은, 복수의 전기 부하에 대한 전력 공급용으로 구비된 메인 전력 변환 설비 및 복수의 서브 전력 변환 설비가 수 많은 전력 채널들을 통해 계층적 관계를 갖도록 결선된다.
한편, 전력 라인의 노후화, 작업자의 실수 등과 같은 다양한 원인으로 인해, 전력 시스템 내에 단락 사고가 발생할 수 있다. 단락 사고의 발생 시, 매우 큰 전류가 흘러 장비 손상을 일으키거나, 감전 등의 인사 사고로 이어질 수 있다.
종래에는, 단라 사고에 기인한 위험을 방지하기 위해, 전력 채널에 퓨즈를 설치해두고 있다. 퓨즈는, 그것이 설치된 전력 채널에 일정 레벨을 넘는 전류가 흐름에 의해 끊어진다. 그러나, 퓨즈는 일단 한번 끊어지면 자체적인 복구가 불가능하며 새것으로 교체해야 하기 때문에, 끊어진 퓨즈를 새 퓨즈로 교체하기 전까지는 전력 시스템의 운용이 전체적으로 중단되어야 하고, 퓨즈 교체에 긴 시간이 소요된다는 단점이 있다. 아울러, 종래에는 단락 사고가 전력 시스템 내의 어느 지점에서 발생한 것인지 즉각적으로 확인하는 방안이 부재하여, 작업자가 육안으로 단락 시고 지점을 찾아내고 있는 실정이다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 상호 계층적 관계를 갖는 메인 전력 변환 설비 및 복수의 서브 전력 변환 설비가 구비된 전력 시스템 내에 단락 사고가 발생 시, 단락 사고의 발생 지점을 식별할 수 있는 시스템 제어 장치 및 그의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 복수의 서브 전력 변환 설비 중 단락 사고의 발생 지점이 있는 전기적 영역에 속하는 각 서브 전력 변환 설비와 상기 메인 전력 변환 설비 간의 통전을 차단함으로써, 단락 사고로 인한 위험 요소를 제거하는 시스템 제어 장치 및 그의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 복수의 서브 전력 변환 설비 중 단락 사고의 발생 지점이 없는 전기적 영역에 속하는 각 서브 전력 변환 설비와 상기 메인 전력 변환 설비 간의 통전을 허용함으로써, 단락 사고가 해결되지 않은 상황에서도 전력 시스템을 부분적으로나마 운용 가능하도록 하는 시스템 제어 장치 및 그의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 시스템 제어 장치는, 전력 시스템을 위해 제공된다. 상기 전력 시스템은, 메인 전력 변환 설비, 메인 전력 채널로부터 분기된 제1 내지 제n 1차 전력 채널을 통해 상기 메인 전력 변환 설비에 연결되는 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비, 및 제1 내지 제n 2차 전력 채널을 통해 상기 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비에 개별적으로 연결되는 제1 내지 제n 전기 부하를 포함한다. n은 2 이상의 자연수이다.
상기 시스템 제어 장치는, 상기 메인 전력 채널에 설치되는 메인 보호기, 상기 제1 내지 제n 2차 전력 채널에 개별적으로 설치되는 제1 내지 제n 서브 보호기, 및 상기 메인 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치에 기초하여, 상기 전력 시스템 내 단락 사고가 발생한 것으로 판정되는 경우, 상기 메인 보호기 및 상기 제1 내지 제n 서브 보호기 중 적어도 하나를 제어하여, 상기 단락 사고의 발생 지점을 결정하는 컨트롤러를 포함한다.
상기 컨트롤러는, 상기 전력 시스템 내 단락 사고가 발생한 것으로 판정 시, 상기 메인 전력 채널의 통전을 차단하도록 상기 메인 보호기를 제어할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 전력 시스템 내 단락 사고가 발생한 것으로 판정 시, 상기 메인 전력 변환 설비 및 상기 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비를 오프-상태로 제어할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 전력 시스템 내 단락 사고가 발생한 것으로 판정 시, 상기 메인 전력 채널에 전기 자극을 인가하도록 상기 메인 보호기를 제어할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 전기 자극이 상기 메인 전력 채널에 인가되는 중, 제i 2차 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치를 기초로, 제i 1차 전력 채널로부터 제i 전기 부하까지의 제i 전기적 영역 내에, 상기 단락 사고의 발생 지점이 존재하는지 결정할 수 있다. i는 n 이하의 자연수이다.
상기 컨트롤러는, 상기 메인 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치가 임계값 이상이고, 상기 제i 2차 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치가 상기 임계값 미만인 경우, 상기 제i 서브 전력 변환 설비가 상기 단락 사고의 발생 지점인 것으로 판정할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제i 서브 전력 변환 설비가 상기 단락 사고의 발생 지점인 것으로 판정되는 경우, 상기 제i 서브 전력 변환 설비의 동작을 불허할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 메인 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치가 임계값 이상이고, 상기 제i 2차 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치가 상기 임계값 이상인 경우, 상기 제i 전기 부하가 상기 단락 사고의 발생 지점인 것으로 판정할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제i 전기 부하가 상기 단락 사고의 발생 지점인 것으로 판정되는 경우, 상기 제i 2차 전력 채널의 통전을 차단하도록 제i 서브 보호기를 제어할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제1 내지 제n 전기적 영역 중 상기 단락 사고의 발생 지점이 존재하지 않은 것으로 판정된 각 전기적 영역의 서브 전력 변환 장치를 온-상태로 제어할 수 있다.
상기 메인 보호기는, 상기 메인 전력 채널을 통해 흐르는 전류를 검출하는 메인 전류 센서, 및 상기 메인 전력 채널의 통전을 개폐하는 메인 스위치를 포함할 수 있다.
제i 서브 보호기는, 제i 2차 전력 채널을 통해 흐르는 전류를 검출하는 제i 서브 전류 센서, 및 상기 제i 2차 전력 채널의 통전을 개폐하는 제i 서브 스위치를 포함할 수 있다. i는 n 이하의 자연수이다.
본 발명의 다른 측면에 따른에 따른 전력 시스템은, 메인 전력 변환 설비, 메인 전력 채널로부터 분기된 제1 내지 제n 1차 전력 채널을 통해 상기 메인 전력 변환 설비에 연결되는 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비, 제1 내지 제n 2차 전력 채널을 통해 상기 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비에 개별적으로 연결되는 제1 내지 제n 전기 부하, 및 상기 따른 시스템 제어 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른에 따른 시스템 제어 장치의 제어 방법은, 메인 전력 변환 설비, 메인 전력 채널로부터 분기된 제1 내지 제n 1차 전력 채널을 통해 상기 메인 전력 변환 설비에 연결되는 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비 및 제1 내지 제n 2차 전력 채널을 통해 상기 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비에 개별적으로 연결되는 제1 내지 제n 전기 부하를 포함하는 전력 시스템을 위한 것이다. 상기 제어 방법은, 상기 시스템 제어 장치의 컨트롤러가, 상기 메인 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치에 기초하여, 상기 전력 시스템 내 단락 사고의 발생 여부를 판정하는 단계, 및 상기 컨트롤러가, 상기 전력 시스템 내 단락 사고가 발생한 것으로 판정되는 경우, 상기 메인 보호기 및 상기 제1 내지 제n 서브 보호기 중 적어도 하나를 제어하여, 상기 단락 사고의 발생 지점을 결정하는 단계를 포함한다. n은 2 이상의 자연수이다.
상기 전력 시스템 내 단락 사고의 발생 지점을 결정하는 단계는, 상기 컨트롤러가, 상기 메인 전력 채널에 전기 자극을 인가하도록 상기 메인 보호기를 제어하는 단계, 및 상기 전기 자극이 상기 메인 전력 채널에 인가되는 중, 제i 2차 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치를 기초로, 제i 1차 전력 채널로부터 제i 전기 부하까지의 제i 전기적 영역 내에, 상기 단락 사고의 발생 지점이 존재하는지 판정하는 단계를 포함할 수 있다. i는 n 이하의 자연수이다.
상기 제어 방법은, 상기 제1 내지 제n 전기적 영역 중 상기 단락 사고의 발생 지점이 존재하지 않은 것으로 판정된 각 전기적 영역의 서브 전력 변환 장치를 온-상태로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 상호 계층적 관계를 갖는 메인 전력 변환 설비 및 복수의 서브 전력 변환 설비가 구비된 전력 시스템 내 단락 사고의 발생 지점의 식별을 자동화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 상기 복수의 서브 전력 변환 설비 중 단락 사고의 발생 지점이 있는 전기적 영역에 속하는 각 서브 전력 변환 설비와 상기 메인 전력 변환 설비 간의 통전을 차단함으로써, 단락 사고로 인한 위험 요소를 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 상기 복수의 서브 전력 변환 설비 중 단락 사고의 발생 지점이 없는 전기적 영역에 속하는 각 서브 전력 변환 설비와 상기 메인 전력 변환 설비 간의 통전을 허용함으로써, 단락 사고가 해결되지 않은 상황에서도 전력 시스템이 부분적으로나마 운용 가능하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 메인 보호기의 상세 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3는 도 1에 도시된 서브 보호기의 상세 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4 내지 도 6은 전력 시스템 내에서 발생 가능한 단락 사고를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템 제어 장치의 제어 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 8은 도 7의 단계 S730의 상세 절차를 설명하는 데에 참조되는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
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 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <~부(unit)>와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 배전 기반의 전력 시스템(10)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 전력 시스템(10)은, 메인 전력 변환 설비(ME), DC 그리드(DG) 및 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비(SE1~SEn)를 포함한다. n은, 2 이상의 자연수이다. 전력 시스템(10)은, 시스템 제어 장치(100)를 더 포함할 수 있다.
메인 전력 변환 설비(ME)의 입력단은, 교류 전력망(1)에 전기적으로 연결될 수 있다. 메인 전력 변환 설비(ME)는, 교류 전력망(1)으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 DC 그리드(DG)에 출력할 수 있다.
메인 전력 변환 설비(ME)로부터 출력되는 직류 전력의 전압은 피드백 제어에 의해 소정의 기준 전압(예, 370[V])으로 유지될 수 있다. 메인 전력 변환 설비(ME)는, 적어도 하나의 단방향 AC-DC 컨버터 및/또는 적어도 하나의 양방향 AC-DC 컨버터를 포함할 수 있다.
DC 그리드(DG)는, 메인 전력 채널(MH) 및 제1 내지 제n 1차(primary) 전력 채널(SA1~SAn)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제n 1차 전력 채널(SA1~SAn)은, 메인 전력 채널(MH)로부터 분기된 전력 라인들로서, 제1 내지 제n 1차 전력 채널(SA1~SAn) 각각의 일단은 메인 전력 채널(MH)의 일단에 전기적으로 연결되어 있다.
제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비(SE1~SEn)는, DC 그리드(DG)를 통해 메인 전력 변환 설비(ME)에 개별적으로 연결될 수 있다.
i는 n 이하의 자연수라고 가정할 때, DC 그리드(DG)의 제i 1차 전력 채널(SAi)과 메인 전력 채널(MH)의 직렬 회로는, 제i 서브 전력 변환 설비(SEi)의 입력단과 메인 전력 변환 설비(ME)의 출력단을 연결한다. 제i 서브 전력 변환 설비(SEi)는, 적어도 하나의 단방향 DC-DC 컨버터 및/또는 적어도 하나의 양방향 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다.
메인 전력 변환 설비(ME)에 의해 출력되는 직류 전력은, DC 그리드(DG)를 통해 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비(SE1~SEn)에 공급될 수 있다. 제i 서브 전력 변환 설비(SEi)는, 온-상태로 제어되는 동안, 메인 전력 변환 설비(ME)로부터 공급되는 직류 전력을, 다른 전압 레벨을 갖는 직류 전력으로 변환할 수 있다. 이러한 관점에서, 메인 전력 변환 설비(ME)와 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비(SE1~SEn)는 상호 계층적 관계를 갖는다고 할 수 있다.
제1 내지 제n 전기 부하(L1~Ln)는, 제1 내지 제n 2차(secondary) 전력 채널(SB1~SBn)을 통해, 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비(SE1~SEn)에 개별적으로 전기적으로 연결될 수 있다. 전력 시스템(10)은, 제1 내지 제n 전기 부하(L1~Ln)를 더 포함할 수 있다.
제i 전기 부하(Li)는, 제i 서브 전력 변환 설비(SEi)로부터 공급되는 직류 전력을 이용하여, 그의 고유한 기능을 실행할 수 있다. 제1 내지 제n 2차 전력 채널(SB1~SBn)은, 전력 시스템(10)에 포함될 수 있다.
메인 전력 채널(MH), 제1 내지 제n 1차 전력 채널(SA1~SAn) 및 제1 내지 제n 2차 전력 채널(SB1~SBn) 각각은, 한 쌍의 전기 라인을 포함할 수 있다. 한 쌍의 전기 라인 중 하나는 플러스 라인이고 다른 하나는 마이너스 라인일 수 있다.
제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비(SE1~SEn)는, DC 그리드(DG)를 통해 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
시스템 제어 장치(100)는, 메인 보호기(MP), 제1 내지 제n 서브 보호기(SP1~SPn) 및 컨트롤러(CL)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(CL)는, 메인 보호기(MP) 및 제1 내지 제n 서브 보호기(SP1~SPn)에 동작 가능하게 결합될 수 있다. 어느 두 구성이 동작 가능하게 결합된다는 것은, 단방향 또는 양방향으로 신호를 송수신 가능하도록 두 구성이 직간접적으로 연결되어 있음을 의미한다. 도 1에 도시되어 있지는 않으나, 메인 보호기(MP)와 제1 내지 제n 서브 보호기(SP1~SPn)은 개별적으로 통신 라인들을 통해 컨트롤러(CL)에 결합될 수 있다.
메인 보호기(MP)는, 메인 전력 채널(MH)에 설치될 수 있다.
제1 내지 제n 서브 보호기(SP1~SPn)는, 제1 내지 제n 2차 전력 채널(SB1~SBn)에 개별적으로 설치될 수 있다.
컨트롤러(CL)는, 교류 전력망(1)의 운용 상태에 따라, 메인 전력 변환 설비(ME)를 온-상태 또는 오프-상태로 제어하고, 온-상태인 AC-DC 컨버터에 의해 출력되는 직류 전력을 제어할 수 있다.
컨트롤러(CL)는, 자신과 결합된 DC 그리드(DG), 메인 전력 변환 설비(ME), 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비(SE1~SEn) 및 제1 내지 제n 전기 부하(L1~Ln) 중 적어도 하나의 상태를 모니터링하고, 모니터링된 상태에 대응하는 제어 기능을 실행하도록 구성된다.
컨트롤러(CL)는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 포함하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(CL)는, 메모리를 가질 수 있다. 메모리는, 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 메모리는, 컨트롤러(CL)에 의한 연산 동작에 요구되는 데이터 및 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리부는, 컨트롤러(CL)에 의한 연산 동작의 결과를 나타내는 데이터를 저장할 수 있다.
컨트롤러(CL)는, 메인 전력 채널(MH) 및/또는 제i 2차 전력 채널(SBi)을 통해 흐르는 전류의 검출값을 기초로, 전력 시스템(10) 내에서 의도치 않은 단락 사고가 발생하였는지 여부를 판정할 수 있다.
컨트롤러(CL)는, 전력 시스템(10) 내 단락 사고의 발생이 식별되는 경우, 전력 시스템(10)을 보호하기 위한 제어 기능을 실행할 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러(CL)는, 단락 사고의 발생 여부에 대한 판정의 결과에 따라, 메인 보호기(MP) 및 제1 내지 제n 서브 보호기(SP1~SPn) 중 적어도 하나를 제어할 수 있고, 메인 전력 변환 설비(ME), 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비(SE1~SEn) 및 제1 내지 제n 전기 부하(L1~Ln) 중 적어도 하나를 더 제어할 수 있다.
컨트롤러(CL)는, 제i 서브 전력 변환 설비(SEi)에게 온-상태에서의 동작을 지시하는 제1 제어 신호 또는 온-상태로부터 오프-상태로의 전환을 지시하는 제2 제어 신호를 전송할 수 있다. 제i 서브 전력 변환 설비(SEi)는, 제1 제어 신호에 응답하여, 제i 2차 전력 채널(SBi)을 통해 제i 전기 부하(Li)에 직류 전력을 공급할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 메인 보호기(MP)의 상세 구성을 개략적으로 나타낸 것이고, 도 3는 도 1에 도시된 서브 보호기(SP)의 상세 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 메인 보호기(MP)는, 메인 전류 센서(MCS) 및 메인 스위치(MS)를 포함할 수 있다. 메인 전류 센서(MCS) 및 메인 스위치(MS)는 직렬 연결될 수 있다. 메인 스위치(MS)는, 메인 전류 센서(MCS)보다 메인 전력 변환 설비(ME)에 전기적으로 더 근접하게 위치할 수 있다.
메인 전류 센서(MCS)는, 메인 전력 채널(MH)을 통해 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 컨트롤러(CL)는, 메인 전류 센서(MCS)에 의해 검출된 전류의 검출값을 기초로, 전력 시스템(10) 내 단락 사고의 발생 여부를 판정할 수 있다.
메인 스위치(MS)는, 메인 전력 채널(MH)의 통전을 개폐할 수 있다. 메인 스위치(MS)가 온-상태로 제어되는 중, 메인 전력 변환 설비(ME)는 제i 서브 전력 변환 설비(SEi)에 전기적으로 연결될 수 있다. 메인 스위치(MS)가 오프-상태로 제어되는 중, 메인 전력 변환 설비(ME)는 제i 서브 전력 변환 설비(SEi)로부터 전기적으로 분리될 수 있다.
메인 보호기(MP)는, 자극 생성기(SG)를 더 포함할 수 있다.
자극 생성기(SG)는, 컨트롤러(CL)로부터의 동작 지령에 응답하여, 전기 자극을 생성하도록 구성된다. 컨트롤러(CL)는, 전력 시스템(10) 내 단락 사고가 발생한 것으로 판정되는 경우, 전기 자극의 생성을 유도하는 동작 지령을 자극 생성기(SG)에 전송할 수 있다.
자극 생성기(SG)에 의해 생성되는 전기 자극은, 메인 전력 채널(MH)의 플러스 라인과 마이너스 라인 간에 인가될 수 있다. 예를 들어, 전기 자극은 전압 펄스 신호일 수 있다. 전압 펄스 신호의 전압 레벨은, 소정 전압 범위 내일 수 있다. 전압 펄스 신호의 듀티비는 미리 정해져 있을 수 있다.
도 3을 참조하면, 제i 서브 보호기(SPi)는, 제i 서브 전류 센서(SCSi) 및 제i 서브 스위치(SSi)를 포함할 수 있다. 제i 서브 전류 센서(SCSi) 및 제i 서브 스위치(SSi)는 직렬 연결될 수 있다. 제i 서브 스위치(SSi)는, 제i 서브 전류 센서(SCSi)보다 제i 서브 전력 변환 설비(SEi)에 전기적으로 더 근접하게 위치할 수 있다.
제i 서브 전류 센서(SCSi)는, 제i 2차 전력 채널(SBi)을 통해 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 전력 시스템(10) 내 단락 사고가 발생한 것으로 판정된 상황에서, 컨트롤러(CL)는, 제i 서브 전류 센서(SCSi)에 의해 검출된 전류의 검출값을 기초로, 제i 전기적 영역 내에, 단락 사고의 발생 지점이 위치하는지를 판정할 수 있다. 제i 전기적 영역은, 제i 1차 전력 채널(SAi)로부터 제i 2차 전력 채널(SBi)까지 또는 제i 1차 전력 채널(SAi)로부터 제i 전기 부하(Li)까지의 전력 경로의 적어도 일 부분일 수 있다.
제i 서브 스위치(SSi)는, 제i 2차 전력 채널(SBi)의 통전을 개폐할 수 있다. 제i 서브 스위치(SSi)가 온-상태로 제어되는 중, 제i 서브 전력 변환 설비(SEi)는 제i 전기 부하(Li)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제i 서브 스위치(SSi)가 오프-상태로 제어되는 중, 제i 서브 전력 변환 설비(SEi)는 제i 전기 부하(Li)로부터 전기적으로 분리될 수 있다.
컨트롤러(CL)는, 자극 생성기(SG)에 의해 메인 전력 채널(MH)에 전기 자극이 인가되는 동안, 제i 서브 스위치(SSi)를 온-상태로 제어할 수 있다.
도 4 내지 도 6은 전력 시스템(10) 내에서 발생 가능한 단락 사고를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
단락 사고는, 전력 시스템(10) 내의 적어도 한 전력 채널의 두 전력 라인이 어떠한 원인으로 인해 서로 전기적으로 단락된 상태를 의미한다. 단락 사고의 발생 지점에서의 저항(resistance)은 0에 가까우므로, 해당 지점으로 전류가 집중될 수 있다.
도 4는, 단락 사고의 발생 지점이 제i 전기적 영역이 아닌 메인 전기적 영역 내인 상황을 예시한다. 메인 전기적 영역은, 메인 전력 채널(MH)의 소정 지점으로부터 자극 생성기(SG)까지의 부분일 수 있다. 이 경우, 자극 생성기(SG)에 의해 인가되는 전기 자극으로 인해 유도되는 전류의 대부분은, 제i 전기적 영역으로 흐르지 못한 채로 메인 전기적 영역 내에 집중적으로 흐르게 된다. 즉, 전기 자극으로 유도된 대부분의 전류는 단락 지점, 메인 전력 채널(MH)의 두 전력 라인 및 자극 생성기(SG)를 포함하는 폐회로(점선 화살표 라인 참조)에 흐를 수 있다. 결과적으로, 메인 전류 센서(MCS) 및 제i 서브 전류 센서(SCSi) 각각에 의해 검출되는 전류는, 자극 생성기(SG)에 의한 전기 자극의 인가 전후로 거의 변화가 없을 수 있다.
도 5는, 단락 사고의 발생 지점이 제i 전기적 영역의 전단 부분 내인 상황을 예시한다. 제i 전기적 영역의 전단 부분은, 제i 1차 전력 채널(SAi)의 전단(메인 전력 채널과의 접속점)부터 제i 서브 보호기(SPi)의 전단(즉, 제i 2차 전력 채널의 전단)까지의 부분일 수 있다. 제i 전기적 영역의 전단 부분 내에서의 단락 사고는 단순히 제i 서브 전력 변환 설비(SEi)의 단락 사고라고 칭해질 수 있다. 이 경우, 자극 생성기(SG)에 의해 인가되는 전기 자극으로 인해 유도되는 전류의 대부분은, 제i 전기적 영역의 전단 부분에 집중적으로 흐르게 된다. 즉, 전기 자극으로 유도된 대부분의 전류는 단락 지점(예, 제i 서브 전력 변환 설비의 입력단 또는 출력단), 제i 2차 전력 채널(SBi)의 두 전력 라인, 메인 전류 센서(MCS) 및 자극 생성기(SG)를 포함하는 폐회로(점선 화살표 라인 참조)에 흐를 수 있다. 결과적으로, 자극 생성기(SG)에 의한 전기 자극의 인가 시, 메인 전류 센서(MCS)에 의해 검출되는 전류의 변화는, 제i 서브 전류 센서(SCSi)에 의해 검출되는 전류의 변화보다 훨씬 클 수 있다.
도 6은, 단락 사고의 발생 지점이 제i 전기적 영역의 후단 부분 내인 상황을 예시한다. 제i 전기적 영역의 후단 부분은, 제i 서브 보호기(SPi)의 후단(즉, 제i 2차 전력 채널의 후단)부터 제i 전기 부하(Li)까지의 부분일 수 있다. 제i 전기적 영역의 후단 부분 내에서의 단락 사고는 단순히 제i 전기 부하(Li)의 단락 사고라고 칭해질 수 있다. 이 경우, 자극 생성기(SG)에 의해 인가되는 전기 자극으로 인해 유도되는 전류의 대부분은, 제i 전기적 영역의 전단 부분은 물론 후단 부분까지도 흐르게 된다. 즉, 전기 자극으로 유도된 대부분의 전류는 단락 지점(예, 제i 전기 부하의 입력단 또는 제i 전기 부하의 내부), 제i 2차 전력 채널(SBi)의 두 전력 라인, 메인 전류 센서(MCS), 제i 서브 전류 센서(SCSi) 및 자극 생성기(SG)를 포함하는 폐회로(점선 화살표 라인 참조)에 흐를 수 있다. 결과적으로, 자극 생성기(SG)에 의한 전기 자극의 인가 시, 메인 전류 센서(MCS)에 의해 검출되는 전류 및 제i 서브 전류 센서(SCSi)에 의해 검출되는 전류는 둘 다 크게 변화할 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하여 전술된 바에 따르면, 메인 전류 센서(MCS) 및 제i 서브 전류 센서(SCSi) 각각에 의해 검출되는 전류의 변화량은, 단락 사고의 발생 지점이 메인 전력 채널(MH), 제i 전기적 영역의 전단 부분 및 제i 전기적 영역의 후단 부분 중에서 어디인지에 의존적인 특성을 가짐을 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템 제어 장치(100)의 제어 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다. 도 7의 방법은, 전력 시스템(10)이 가동 중인 것을 조건으로, 주기적 또는 비주기적으로 반복 실행될 수 있다. 전력 시스템(10)의 가동 중에는, 메인 보호기(MP)의 메인 스위치(MS)는 온-상태로 제어된다. 전력 시스템(10)의 가동이란, 메인 전력 변환 설비(ME)가 제1 내지 제n 전기 부하(L1~Ln) 중 적어도 하나에게 전력을 공급 중인 상태를 칭할 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 단계 S710에서, 컨트롤러(CL)는, 메인 보호기(MP)로부터의 메인 전류 신호를 수집한다. 메인 전류 신호는, 메인 전력 채널(MH)에 흐르는 전류의 측정치를 나타낸다.
단계 S720에서, 컨트롤러(CL)는, 전력 시스템(10) 내 단락 사고의 발생 여부를 판정한다. 일 예로, 메인 전력 채널(MH)에 흐르는 전류의 측정치가 소정의 제1 설정치를 초과하는 경우, 전력 시스템(10) 내 단락 사고가 존재하는 것으로 판정될 수 있다. 다른 예로. 메인 전력 채널(MH)에 흐르는 전류가 급격히 상승하거나 하강함으로 인해 메인 전력 채널(MH)에 흐르는 전류의 변화율이 소정의 제2 설정치를 초과하는 경우, 전력 시스템(10) 내 단락 사고가 존재하는 것으로 판정될 수 있다. 단계 S720의 값이 "예"인 경우, 단계 S730이 실행될 수 있다. 단계 S720의 값이 "아니오"인 경우, 도 7의 방법은 종료될 수 있다. 선택적으로, 단계 S720의 값이 "예"인 경우, 컨트롤러(CL)는 메인 전력 변환 설비(ME) 및 메인 스위치(MS) 중 적어도 하나를 오프-상태로 제어할 수 있다. 또한, 단계 S720의 값이 "예"인 경우, 컨트롤러(CL)는 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비(SE1~SEn) 중 적어도 하나를 오프-상태로 제어할 수 있다.
단계 S730에서, 컨트롤러(CL)는, 메인 보호기(MP) 및 제1 내지 제n 서브 보호기(SP1~SPn)를 제어하여, 단락 사고의 발생 지점을 결정한다. 단계 S730에서 단락 사고의 발생 지점이 메인 전기적 영역 내인 것으로 결정되면, 컨트롤러(CL)는 메인 전력 변환 설비(ME)의 동작을 불허할 수 있고, 이에 더해 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비(SE1~SEn)의 동작까지도 불허할 수 있다.
단계 S740에서, 컨트롤러(CL)는, 제1 내지 제n 전기적 영역 중, 단락 사고의 발생 지점이 존재하지 않는 각 전기적 영역의 서브 전력 변환 장치를 온-상태로 제어한다. 단계 S740은 도 7에 따른 방법에서 필수적인 것은 아니며, 필요에 따라 도 7에 따른 방법에 포함되거나 생략될 수 있다.
도 8은 도 7의 단계 S730의 상세 절차를 설명하는 데에 참조되는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 단계 S810에서, 컨트롤러(CL)는, 메인 스위치(MS) 및 제1 내지 제n 서브 스위치(SS1~SSn)를 오프-상태로 제어한다.
단계 S820에서, 컨트롤러(CL)는, 제어 인덱스 i를 1로 설정한다.
단계 S830에서, 컨트롤러(CL)는, 제i 서브 스위치(SSi)를 온-상태로 제어한다.
단계 S840에서, 컨트롤러(CL)는, 메인 전력 채널(MH)에 전기 자극을 인가하도록 자극 생성기(SG)를 제어한다.
단계 S850에서, 컨트롤러(CL)는, 메인 보호기(MP)로부터 수집된 메인 전류 신호를 기초로, 제i 전기적 영역 내에 단락 사고가 발생한 것인지 여부를 판정한다. 즉, 단락 사고의 발생 지점이 제i 전기적 영역 내인지 밖인지 여부가 단계 S850에서 판정될 수 있다.
일 예로, 컨트롤러(CL)는, 전기 자극의 인가 중, 메인 전력 채널(MH)에 흐르는 전류의 측정치(크기)가 제1 임계값 이상이거나, 메인 전력 채널(MH)에 흐르는 전류의 측정치의 변화량(크기)이 제2 임계값 이상인 경우, 제i 전기적 영역 내에 단락 사고가 발생한 것으로 판정할 수 있다.
다른 예로, 컨트롤러(CL)는, 전기 자극의 인가 중, 메인 전력 채널(MH)에 흐르는 전류의 측정치가 제1 임계값 미만이거나, 메인 전력 채널(MH)에 흐르는 전류의 측정치의 변화량이 제2 임계값 미만인 경우, 제i 전기적 영역이 아닌 메인 전기적 영역 내에 단락 사고가 발생한 것으로 판정할 수 있다.
단계 S850의 값이 "예"인 경우, 단계 S860이 실행될 수 있다. 단계 S850의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S880으로 진행할 수 있다. 참고로, 단계 S850의 종료 후, 컨트롤러(CL)는 제i 서브 스위치(SSi)를 오프-상태로 제어할 수 있다. 또한, 단계 S850의 값이 "예"인 경우, 컨트롤러(CL)는 제i 서브 전력 변환 설비(SEi)의 동작을 불허할 수 있다(즉, 오프-상태로 유지).
단계 S860에서, 컨트롤러(CL)는, 제i 서브 보호기(SPi)로부터 수집된 제i 서브 전류 신호를 기초로, 제i 전기적 영역 내에 존재하는 단락 사고의 발생 지점을 결정한다.
일 예로, 컨트롤러(CL)는, 전기 자극의 인가 중, 제i 2차 전력 채널(SBi)에 흐르는 전류의 측정치가 제3 임계값 미만이거나 제i 2차 전력 채널(SBi)에 흐르는 전류의 측정치의 변화량이 제4 임계값 미만인 경우, 제i 전기적 영역 중에서 제i 서브 전력 변환 설비(SEi)는 속하나 제i 전기 부하(Li)는 속하지 않는 일 부분(예, 제i 전기적 영역의 전단 부분)에 단락 사고가 발생한 것으로 판정할 수 있다.
다른 예로, 컨트롤러(CL)는, 전기 자극의 인가 중, 제i 2차 전력 채널(SBi)에 흐르는 전류의 측정치가 제3 임계값 이상이거나 제i 2차 전력 채널(SBi)에 흐르는 전류의 측정치의 변화량이 제4 임계값 이상인 경우, 제i 전기적 영역 중에서 제i 서브 전력 변환 설비(SEi)는 속하지 않으나 제i 전기 부하(Li)는 속하는 일 부분(예, 제i 전기적 영역의 후단 부분)에 단락 사고가 발생한 것으로 판정할 수 있다. 제3 임계값은 제1 임계값과 동일할 수 있다. 제4 임계값은 제2 임계값과 동일할 수 있다.
단계 S870에서, 컨트롤러(CL)는, 제어 인덱스 i가 n과 동일한지 여부를 판정한다. 단계 S870의 값이 "예"인 경우, 도 8에 따른 방법은 종료될 수 있다. 단계 S870의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S880으로 진행할 수 있다.
단계 S880에서, 컨트롤러(CL)는, 제어 인덱스 i를 1 증가시킨다. 단계 S880 후, 도 8에 따른 방법은, 단계 S830으로 돌아갈 수 있다.
도 8에서는 제어 인덱스 i가 1부터 n까지 오름차순으로 변경되는 방식으로 설명하였으나, 이는 하나의 예시에 불과하다. 따라서, 제어 인덱스 i가 n부터 1까지 내림차순으로 변경되거나, 그 밖의 미리 정해진 순서에 따라 제1 내지 제n 전기적 영역 각각에 대한 단락 사고 발생 여부와 발생 지점에 대한 판정이 진행되어도 무방하다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 메인 전력 변환 설비, 메인 전력 채널로부터 분기된 제1 내지 제n 1차 전력 채널을 통해 상기 메인 전력 변환 설비에 연결되는 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비 및 제1 내지 제n 2차 전력 채널을 통해 상기 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비에 개별적으로 연결되는 제1 내지 제n 전기 부하를 포함하는 전력 시스템을 위한 시스템 제어 장치에 있어서,
    상기 메인 전력 채널에 설치되는 메인 보호기;
    상기 제1 내지 제n 2차 전력 채널에 개별적으로 설치되는 제1 내지 제n 서브 보호기; 및
    상기 메인 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치에 기초하여, 상기 전력 시스템 내 단락 사고가 발생한 것으로 판정되는 경우, 상기 메인 보호기 및 상기 제1 내지 제n 서브 보호기 중 적어도 하나를 제어하여, 상기 단락 사고의 발생 지점을 결정하는 컨트롤러를 포함하되,
    n은 2 이상의 자연수인, 시스템 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 전력 시스템 내 단락 사고가 발생한 것으로 판정 시, 상기 메인 전력 채널의 통전을 차단하도록 상기 메인 보호기를 제어하는, 시스템 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 전력 시스템 내 단락 사고가 발생한 것으로 판정 시, 상기 메인 전력 변환 설비 및 상기 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비를 오프-상태로 제어하는, 시스템 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 전력 시스템 내 단락 사고가 발생한 것으로 판정 시, 상기 메인 전력 채널에 전기 자극을 인가하도록 상기 메인 보호기를 제어하고,
    상기 전기 자극이 상기 메인 전력 채널에 인가되는 중, 제i 2차 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치를 기초로, 제i 1차 전력 채널로부터 제i 전기 부하까지의 제i 전기적 영역 내에, 상기 단락 사고의 발생 지점이 존재하는지 결정하되,
    i는 n 이하의 자연수인, 시스템 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 메인 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치가 임계값 이상이고, 상기 제i 2차 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치가 상기 임계값 미만인 경우, 상기 제i 서브 전력 변환 설비가 상기 단락 사고의 발생 지점인 것으로 판정하는, 시스템 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제i 서브 전력 변환 설비가 상기 단락 사고의 발생 지점인 것으로 판정되는 경우, 상기 제i 서브 전력 변환 설비의 동작을 불허하는, 시스템 제어 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 메인 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치가 임계값 이상이고, 상기 제i 2차 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치가 상기 임계값 이상인 경우, 상기 제i 전기 부하가 상기 단락 사고의 발생 지점인 것으로 판정하는, 시스템 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제i 전기 부하가 상기 단락 사고의 발생 지점인 것으로 판정되는 경우, 상기 제i 2차 전력 채널의 통전을 차단하도록 제i 서브 보호기를 제어하는, 시스템 제어 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 내지 제n 전기적 영역 중 상기 단락 사고의 발생 지점이 존재하지 않은 것으로 판정된 각 전기적 영역의 서브 전력 변환 장치를 온-상태로 제어하는, 시스템 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 메인 보호기는,
    상기 메인 전력 채널을 통해 흐르는 전류를 검출하는 메인 전류 센서; 및
    상기 메인 전력 채널의 통전을 개폐하는 메인 스위치;
    를 포함하는, 시스템 제어 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    제i 서브 보호기는,
    제i 2차 전력 채널을 통해 흐르는 전류를 검출하는 제i 서브 전류 센서; 및
    상기 제i 2차 전력 채널의 통전을 개폐하는 제i 서브 스위치를 포함하되,
    i는 n 이하의 자연수인, 시스템 제어 장치.
  12. 메인 전력 변환 설비;
    메인 전력 채널로부터 분기된 제1 내지 제n 1차 전력 채널을 통해 상기 메인 전력 변환 설비에 연결되는 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비;
    제1 내지 제n 2차 전력 채널을 통해 상기 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비에 개별적으로 연결되는 제1 내지 제n 전기 부하; 및
    제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 시스템 제어 장치를 포함하는, 전력 시스템.
  13. 메인 전력 변환 설비, 메인 전력 채널로부터 분기된 제1 내지 제n 1차 전력 채널을 통해 상기 메인 전력 변환 설비에 연결되는 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비 및 제1 내지 제n 2차 전력 채널을 통해 상기 제1 내지 제n 서브 전력 변환 설비에 개별적으로 연결되는 제1 내지 제n 전기 부하를 포함하는 전력 시스템을 위한 시스템 제어 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 시스템 제어 장치의 컨트롤러가, 상기 메인 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치에 기초하여, 상기 전력 시스템 내 단락 사고의 발생 여부를 판정하는 단계; 및
    상기 컨트롤러가, 상기 전력 시스템 내 단락 사고가 발생한 것으로 판정되는 경우, 상기 메인 보호기 및 상기 제1 내지 제n 서브 보호기 중 적어도 하나를 제어하여, 상기 단락 사고의 발생 지점을 결정하는 단계를 포함하되,
    n은 2 이상의 자연수인, 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전력 시스템 내 단락 사고의 발생 지점을 결정하는 단계는,
    상기 컨트롤러가, 상기 메인 전력 채널에 전기 자극을 인가하도록 상기 메인 보호기를 제어하는 단계; 및
    상기 전기 자극이 상기 메인 전력 채널에 인가되는 중, 제i 2차 전력 채널에 흐르는 전류의 측정치를 기초로, 제i 1차 전력 채널로부터 제i 전기 부하까지의 제i 전기적 영역 내에, 상기 단락 사고의 발생 지점이 존재하는지 판정하는 단계;
    를 포함하되,
    i는 n 이하의 자연수인, 제어 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 내지 제n 전기적 영역 중 상기 단락 사고의 발생 지점이 존재하지 않은 것으로 판정된 각 전기적 영역의 서브 전력 변환 장치를 온-상태로 제어하는 단계;
    를 더 포함하는, 제어 방법.
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