KR100538439B1 - Islanding detection method for distributed generations interconnected with utility networks - Google Patents
Islanding detection method for distributed generations interconnected with utility networksInfo
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Abstract
본 발명은 기존의 분산전원 단독운전 검출 방법들의 취약점을 개선하고자 다양한 시스템 파라미터들의 정보를 분석하여 분산전원의 단독운전을 검출하는 보다 신뢰성 있는 새로운 진단 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 분산전원 단독운전 판단 방법은, 전력 계통에 연계된 분산전원의 단독운전 여부를 판단하는 방법이며: 분산전원 계통 연계지점에서의 전압, 전류를 측정하는 단계; 측정된 전압, 전류로부터 전압 불평형 지수(VU avg,t )를 계산하는 단계; 계산된 전압 불평형 지수(VU avg,t )를 사용하여 전압 불평형 변동 지수(△VU t )를 계산하는 단계; 계산된 전압 불평형 변동 지수(△VU t )가 소정 임계치 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및 소정 임계치 이상인 경우에 분산전원 단독운전으로 판단하여 트립(TRIP) 신호를 내보내는 단계를 포함한다.The present invention is to provide a more reliable new diagnostic method for detecting the independent operation of the distributed power supply by analyzing the information of various system parameters in order to improve the weakness of the existing distributed power supply alone operation detection methods. In one embodiment, a method for determining the independent operation of a distributed power source includes: determining whether to operate a distributed power source linked to a power system independently; measuring a voltage and a current at a distributed power system linkage point; Calculating a voltage unbalance index ( VU avg, t ) from the measured voltage and current; Calculating a voltage unbalance fluctuation index ( ΔVU t ) using the calculated voltage unbalance index ( VU avg, t ); Determining whether the calculated voltage unbalance fluctuation index ( ΔVU t ) is greater than or equal to a predetermined threshold; And outputting a trip signal by determining that the distributed power supply alone operates when the predetermined threshold value or more is exceeded.
Description
본 발명은 전력계통에 연계되어 있는 분산전원이 단독운전 상태에 있는지 여부를 판단하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기존의 분산전원 단독운전 검출 방법들의 취약점을 개선하고자 다양한 시스템 파라미터들의 정보를 분석하여 분산전원의 단독운전을 검출하는 보다 신뢰성 있는 새로운 진단 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention relates to a method for determining whether a distributed power source connected to a power system is in a standalone operation state, and more particularly, to improve the weaknesses of existing distributed power standalone detection methods. The purpose of the present invention is to provide a new and more reliable diagnostic method for detecting stand-alone operation of distributed power supplies.
최근, 에너지 환경의 변화, 발전사업의 민영화, 대규모 발전설비 비용의 증가 등에 따라 대체에너지 전원을 포함한 다양한 형태의 분산전원 보급의 확대가 예상되고 있다. 이와 같이, 분산전원이 전력 계통에 연계됨에 따라, 단방향의 전력 흐름만을 허용하던 기존의 배전 시스템은 변화하여야 하고, 보호, 운용 및 관리 등에 여러 가지 새로운 영향을 미치게 될 것이다. Recently, the expansion of various types of distributed power sources including alternative energy sources is expected to increase due to changes in energy environment, privatization of power generation projects, and increase in cost of large-scale power generation facilities. As such, as distributed power sources are linked to the power system, existing power distribution systems that allow only one-way power flow will have to change and will have several new effects on protection, operation and management.
특히 분산전원이 연계되어 있는 계통에서 사고에 따른 차단기 동작 또는 보수 작업에 의해 전력공급이 중단되었을 경우, 분산전원이 계속해서 운전하면서 전력을 배전 계통으로 공급하게 된다면, 인명 피해, 재폐로 계전기의 재폐로시 상의 불평형으로 인한 기기 손상, 전력품질의 저하 및 계통 복구의 어려움 등 많은 문제들을 일으킬 가능성이 높다. 여기서 재폐로란 영구 사고 여부의 확인을 위해서 계전기 작동 이후에 다시 한번 선로를 연결하여 보는 동작을 말한다. 이는 선로 사고의 80%가 순시 사고이기 때문에, 순시 사고인지 영구 사고인지를 확인하기 위한 것이다.In particular, if the power supply is interrupted by breaker operation or maintenance work in a system in which distributed power is connected, if the distributed power supply continues to operate and supply power to the power distribution system, it may cause injury or reclose the relay. In the event of decommissioning, many problems are likely to occur, such as equipment damage, poor power quality and difficulty in restoring the grid. Here, reclosing refers to the operation of connecting the track once again after the operation of the relay to check whether there is a permanent accident. Since 80% of rail accidents are instantaneous accidents, this is to determine whether they are instantaneous or permanent.
이와 같이 분산전원이 단독으로 전력을 계통에 공급하는 운전상태를 단독운전이라고 한다. 따라서 분산전원이 연계되어 있는 배전 계통의 재폐로 계전기가 재폐로하기 이전, 그리고 단독운전 후 계통변화에 따라 분산전원의 제어동작이 실행되기 이전에, 단독운전을 신속히 검출하여 계통으로부터 분산전원을 분리시키는 것은 전력시스템에 연계되어 발전된 전력을 계통측으로 공급하고 있는 분산전원의 보호체계에 있어서 매우 중요하다.In this way, the operation state in which the distributed power source alone supplies power to the system is called single operation. Therefore, before the relay is reclosed in the distribution system to which the distributed power supply is connected, and before the control operation of the distributed power supply is executed according to the change of the system after the single operation, the single operation is quickly detected to separate the distributed power supply from the system. It is very important in the protection system of distributed power supply that supplies the generated power to the grid side in connection with the power system.
분산전원의 보호체계에서 단독운전은 분산전원 자체의 출력을 계속 조절하면서 연계 운전 시와 단독운전 시의 계통 변화를 감시할 수 있는 능동적인 기법을 이용하여 검출할 수 있다. 그 대표적인 기법으로 Reactive Export Error Detector, Active Frequency Drift(AFD) 등이 제안되어 있다. 그러나 능동적인 단독운전 검출 기법들은 분산전원의 출력을 직접 조절해야 함으로 계통에 여러 가지 의도하지 않았던 영향을 미칠 가능성이 있으며 복잡한 제어회로와 추가적인 기기 설치가 필요하다. 특히, 여러 대의 분산전원을 포함하는 고립운전은 분산전원 출력 변동에 비해 응답 수준이 떨어지므로 고립 운전 검출이 어렵게 될 수 있다. In a distributed power supply protection system, single operation can be detected using an active technique that monitors system changes during linkage and single operation while continuously adjusting the output of the distributed power supply itself. Reactive Export Error Detector and Active Frequency Drift (AFD) have been proposed as representative techniques. Active stand-alone detection techniques, however, require direct control of the output of distributed sources, which can have a variety of unintended effects on the system, requiring complex control circuitry and additional equipment installation. In particular, the isolated operation including a plurality of distributed power supplies may be difficult to detect the isolated operation because the response level is lower than the distributed power output variation.
다른 방법으로는 연계 운전 시와 단독운전 시 여러 가지 계통 파라미터의 변화를 감시하여 단독운전을 검출하는 방법으로서 전압변동, 주파수변동, 주파수변화율, 위상 변화, 발전기 출력변동, 계통임피던스 변동 등을 모니터링하는 수동적인 기법들이 제안되어 있다. 수동적인 단독운전 검출 기법들은 분산전원의 출력을 변화시키는 방법과는 달리 계통에 영향을 주지 않는다는 장점이 있으나, 단독운전 시 분산전원이 담당하는 부하가 단독운전 이전에 비해 변화가 적으면, 계통상의 파라미터의 변화가 적어서 단독운전 검출이 어렵다는 단점이 있다.Another method is to monitor the change of various system parameters during linked operation and single operation, and to detect single operation by monitoring voltage change, frequency change, frequency change rate, phase change, generator output change, system impedance change, etc. Passive techniques have been proposed. Passive single operation detection techniques have the advantage that they do not affect the system unlike the method of changing the output of distributed power. However, if the load of the distributed power in the single operation is less than before the single operation, There is a disadvantage in that single operation detection is difficult due to the small change of parameters.
분산전원의 단독운전 상황은 사고를 포함하는 경우와 그렇지 않은 경우로 구분되어 질 수 있다. 전자의 경우, 분산전원이 연계되어 있는 배전계통에서 사고가 발생하면 계통에 설치되어 있는 과전류 계전기나 지락 과전류 계전기들은 사고를 검출하여 차단기를 동작시키게 된다. 이후 계통에서 발생하는 순시사고를 제거하기 위하여 차단기가 재폐로 되도록 설정되어 있다. 이와 같은 상황에서는 분산전원이 사고를 포함하여 단독운전 모드로 운전되는데, 소규모의 분산전원에 비하여 계통부하 용량과 사고 용량이 매우 크므로 분산전원 전단에서의 전압이 크게 감소하며 주파수 변화가 심하게 나타나는 등 계통 파라미터들이 급격히 변동하게 된다. 따라서 계통사고를 포함한 분산전원의 단독운전 모드는 쉽게 검출 될 수 있다.The stand-alone operation of distributed generation can be divided into cases involving accidents and those not. In the former case, when an accident occurs in a distribution system to which distributed power is connected, the overcurrent relays and ground overcurrent relays installed in the system detect the accident and operate the breaker. The breaker is then set to reclose in order to eliminate instantaneous accidents occurring in the system. In such a situation, the distributed power supply is operated in a single operation mode including an accident. Since the system load capacity and the accident capacity are very large compared to the small distributed power supply, the voltage at the front end of the distributed power supply is greatly reduced and the frequency change is severe. The system parameters will change rapidly. Therefore, single operation mode of distributed power supply including system accident can be easily detected.
그러나 사고를 포함하는 단독운전 모드와는 달리 사고를 포함하지 않는 분산전원의 단독운전에서는 단독운전 시 계통 부하와 분산전원 출력사이에 큰 차이가 발생하지 않으면 계통 파라미터의 변동이 심하게 나타나지 않게 된다. 이는 분산전원의 출력량과 부하의 크기가 비슷하여 분산전원만으로도 단독운전 시 계통부하들에게 충분히 전력 공급이 가능할 수 있는 것에 기인한다. 그러므로 사고를 포함하지 않고, 분산전원의 출력과 부하사이에 전력평형을 이루는 형태의 단독운전을 판단하는 것은 매우 어려운 일이라 생각된다.However, unlike a single operation mode including an accident, in a single operation of a distributed power supply that does not include an accident, there is no significant change in the system parameters unless a large difference occurs between the system load and the distributed power output. This is due to the fact that the output of the distributed power source is similar to the size of the load, so that the distributed load alone can sufficiently supply power to the system loads during the single operation. Therefore, it is very difficult to judge a single operation in the form of power balance between the output of the distributed power source and the load without involving an accident.
도 1은 분산전원이 연계된 전력 계통의 한 예를 도시하는 개념도 이다. 그림에서 도시한 바와 같이 분산전원은 계통의 여러 부분에 투입되어 생산된 전력을 로컬 부하는 물론 네트워크 부하들에게 공급하게 된다. 단독운전 시 분산전원이 담당하는 부하들은 일반적으로 변화하게 되지만, 경우에 따라서는 거의 동일한 용량의 부하가 유지되는 경우도 발생한다. 전자의 경우는 전압, 위상, 주파수 등 파라미터의 변동이 크게 발생하므로 기존의 방법으로도 쉽게 단독운전을 검출할 수 있으나, 후자의 경우는 계통 파라미터의 변화가 적기 때문에 검출에 어려움이 있다.1 is a conceptual diagram illustrating an example of a power system in which distributed power supplies are linked. As shown in the figure, distributed power supplies are distributed to various parts of the system and supply the generated power to local loads as well as network loads. In single operation, the loads distributed by distributed power sources generally change, but in some cases, loads of almost the same capacity are maintained. In the former case, since a large variation in parameters such as voltage, phase, and frequency occurs, single operation can be easily detected by the conventional method, but in the latter case, since the change of system parameters is small, it is difficult to detect.
도 2는 도 1의 배전 계통에서 분산 전원이 840번 버스에 연계되어 운전되고 있을 때, 53ms에서 차단기 3을 동작시켜 단독운전 전후의 부하 변화가 큰 상태를 모의한 결과이다. 전술한 것처럼 단독운전 전후의 분산 전원 담당부하 변화가 클 때에 나타나는 일반적인 특성인 전압의 급격한 감소, 주파수 변화 및 큰 위상차등이 발생하였다. 그러므로 단독운전 전후의 부하 변동이 큰 경우는 계통 파라미터의 변동이 심하게 발생하므로 전압, 주파수, 위상 변동 모니터링 방법들을 이용하면 쉽게 단독운전을 검출 할 수 있다.2 is a result of simulating a large load change before and after a single operation by operating the circuit breaker 3 at 53ms when the distributed power supply is operated in conjunction with the bus 840 in the power distribution system of FIG. As described above, a sudden decrease in voltage, a change in frequency, and a large phase difference occur, which are general characteristics that appear when a change in the load of the distributed power supply before and after single operation is large. Therefore, if the load fluctuation before and after the single operation is large, the system parameter fluctuates severely, so the single operation can be easily detected by using the voltage, frequency, and phase variation monitoring methods.
도 3은 도 1의 배전 계통에서 분산전원을 832번 버스에 투입하고, 차단기 1을 동작시켜 단독운전 전후의 부하변화가 적은 상태에 대한 모의 결과이다. 도 3에서 보는 바와 같이 이러한 경우에는 단독운전 시 부하변동이 큰 도 2의 경우에 비하여 전압, 위상, 주파수 변동이 거의 발생하지 않기 때문에 이들의 변동을 모니터링하는 종래 기술의 방법만으로는 단독운전의 검출이 거의 불가능하다. FIG. 3 is a simulation result of a state in which load change before and after a single operation is small by inputting distributed power to bus 832 in the distribution system of FIG. 1 and operating breaker 1. FIG. As shown in FIG. 3, since the voltage, phase, and frequency fluctuations hardly occur as compared with the case of FIG. 2, in which the load fluctuations are large in the case of single operation, the detection of the single operation is performed only by the conventional method of monitoring these fluctuations. Almost impossible.
따라서, 상술한 종래 기술의 방법들에 있어서, 능동적인 단독운전 검출 방법은 계통에 의도하지 않은 영향을 미치게 되는 문제점이 있으며, 수동적인 검출 방법은 단독운전 전후의 부하 변화가 적을 때에 검출이 곤란하다는 문제가 있어 어느 방법도 전력 계통 시스템에 연계되어 운전되는 분산전원의 단독운전을 검출하기 위하여 실제 사용되기에는 많은 한계를 지니고 있다.Therefore, in the above-described methods of the prior art, the active single operation detection method has a problem that it has an unintended effect on the system, and the passive detection method is difficult to detect when the load change before and after single operation is small. There is a problem, and any method has many limitations to be practically used to detect a single operation of a distributed power supply that operates in conjunction with a power system.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전력 계통 시스템에 연계되어 운전되는 분산전원의 단독운전을 검출하기 위한 종래 기술의 검출 기법들의 취약점을 종합적으로 개선하고자 다양한 시스템 파라미터들의 정보를 분석하여 분산전원의 단독운전을 검출하는 새로운 형태의 검출 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve such a problem, to analyze and distribute the information of various system parameters to comprehensively improve the weakness of the detection techniques of the prior art for detecting the independent operation of the distributed power source operating in conjunction with the power system system It is an object of the present invention to provide a new type of detection method for detecting a single operation of a power supply.
상술한 분산전원의 단독운전을 전압, 주파수, 위상 등을 모니터링 하는 수동적인 방법과 분산전원의 출력 조절에 따른 계통 응답의 정도를 측정하여 검출하는 능동적인 방법 등 종래 기술의 검출 기법과는 달리, 본 발명은 전압 불평형 및 전류 고조파 왜형율의 변동을 모니터링하여 분산전원의 고립운전(또는 단독운전)을 검출하는 새로운 방법을 제공하기 위한 것이다.Unlike the prior art detection techniques, such as the passive method of monitoring the voltage, frequency, phase, etc. of the independent operation of the distributed power supply described above, and the active method of measuring and detecting the degree of system response according to the output power of the distributed power supply. The present invention is to provide a new method for detecting the isolated operation (or single operation) of the distributed power supply by monitoring the voltage unbalance and the current harmonic distortion rate variation.
본 발명은 분산전원이 단독운전 상태에 들어가기 전후의 부하변동이 큰 경우는 물론 적은 경우에도 신속하고도 정확히 계통의 단독운전 상황을 판단할 수 있으며 유도기의 돌입 전류, 커패시터 뱅크 투입, 불평형 부하 변동 등의 상황을 단독운전으로 오판하는 일이 없는 안정된 단독운전 검출 방법을 제공하기 위한 것이다.According to the present invention, it is possible to determine the system operation status of the system quickly and accurately even if the load fluctuations before and after the distributed power supply enters the independent operation state are large and small, and the inductor inrush current, capacitor bank input, unbalanced load variation, etc. It is an object of the present invention to provide a stable single operation detection method which does not misjudge the situation of single operation.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른 분산전원 단독운전 판단 방법은 전력 계통에 연계된 분산전원의 단독운전 여부를 판단하는 방법이며: 분산전원 계통 연계지점에서의 전압, 전류를 측정하는 단계; 상기 측정된 전압, 전류로부터 전압 불평형 지수(VU avg,t )를 계산하는 단계; 상기 계산된 전압 불평형 지수(VU avg,t )를 사용하여 전압 불평형 변동 지수(△VU t )를 계산하는 단계; 상기 계산된 전압 불평형 변동 지수(△VU t )가 소정 임계치 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 소정 임계치 이상인 경우에 분산전원 단독운전으로 판단하여 트립(TRIP) 신호를 내보내는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the distributed power generation independent operation determination method according to an aspect of the present invention is a method of determining whether the distributed power supply alone is connected to the power system: measuring the voltage and current at the distributed power system linkage point. Making; Calculating a voltage unbalance index ( VU avg, t ) from the measured voltage and current; Calculating a voltage unbalance fluctuation index ( ΔVU t ) using the calculated voltage unbalance index ( VU avg, t ); Determining whether the calculated voltage unbalance fluctuation index ( ΔVU t ) is greater than or equal to a predetermined threshold; And outputting a trip signal by determining that the distributed power supply is independent when the predetermined threshold value or more is exceeded.
바람직하게는 상기 트립 신호를 내보내는 단계는, 상기 계산된 전압 불평형 변동 지수(△VU t )가 미리 정하여진 일정 기간 동안 상기 소정 임계치 이상으로 유지되는 경우, 분산전원 단독운전으로 판단하여 트립(TRIP) 신호를 내보내는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the outputting of the trip signal, when the calculated voltage unbalance variation index ( ΔVU t ) is maintained above the predetermined threshold for a predetermined period of time, it is determined that the distributed power supply is operated alone and trips (TRIP). It is characterized by sending out a signal.
바람직하게는 상기 분산전원 단독운전 판단 방법에서, 상기 전압 불평형 지수(VU avg,t )는 3상의 불평형 정도를 나타내는 지수이며, 상기 전압 불평형 변동 지수(△VU t )는 상기 전압 불평형 지수(VU avg,t )의 소정 기준치에 대한 상대적 변화를 나타내는 지수이며, 상기 전압 불평형 변동 지수(△VU t )가 미리 정하여진 일정 기간 동안 소정 임계치 이하로 유지되는 경우, 상기 전압 불평형 변동 지수(△VU t )를 구하기 위한 상기 소정 기준치를 현재 시점의 전압 불평형 지수(VU avg,t )로 갱신하는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, in the distributed power source operation determination method, the voltage unbalance index ( VU avg, t ) is an index indicating a degree of unbalance of three phases, and the voltage unbalance variation index ( ΔVU t ) is the voltage unbalance index ( VU avg). , an indication of the relative change of the predetermined threshold value t), the voltage imbalance fluctuation index (△ VU t) the case is maintained to a predetermined threshold value or less for a period of time binary predetermined, the voltage imbalance fluctuation index (△ VU t) The method may further include updating the predetermined reference value to obtain the voltage unbalance index VU avg, t at the present time.
본 발명의 다른 한 측면에 따른 분산전원 단독운전 판단 방법은: 분산전원 계통 연계지점에서의 전압, 전류를 측정하는 단계; 상기 측정된 전압, 전류로부터 전류 고조파 왜형률 지수(THD avg,t )를 계산하는 단계; 상기 계산된 전류 고조파 왜형률 지수(THD avg,t )를 사용하여 전류 고조파 왜형률 변동 지수(△THD t )를 계산하는 단계; 상기 계산된 전류 고조파 왜형률 변동 지수(△THD t )가 소정 임계치 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 소정 임계치 이상인 경우에 분산전원 단독운전으로 판단하여 트립(TRIP) 신호를 내보내는 단계를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method for determining a distributed power generation alone operation, comprising: measuring a voltage and a current at a distributed power system linkage point; Calculating a current harmonic distortion factor index ( THD avg, t ) from the measured voltage and current; Comprising: why the calculated current harmonics why using the strain factor (THD avg, t) calculates the current harmonics strain variation index (△ THD t); Determining whether the calculated current harmonics why the strain variation index (△ THD t) equal to or greater than a predetermined threshold; And outputting a trip signal by determining that the distributed power supply is independent when the predetermined threshold value or more is exceeded.
바람직하게는 상기 트립 신호를 내보내는 단계는, 상기 계산된 전압 불평형 변동 지수(△VU t )가 미리 정하여진 일정 기간 동안 소정 임계치 이상으로 유지되는 경우, 분산전원 단독운전으로 판단하여 트립(TRIP) 신호를 내보내는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the outputting of the trip signal, when the calculated voltage unbalance fluctuation index ( ΔVU t ) is maintained above a predetermined threshold for a predetermined period of time, it is determined that the distributed power supply alone operation is a trip signal (TRIP) signal. It is characterized by exporting the.
바람직하게는 상기 분산전원 단독운전 판단방법의 상기 전류 고조파 왜형률 지수(THD avg,t )는 고조파의 차수별 분포를 상황을 대표하는 지수이며, 상기 전류 고조파 왜형률 변동 지수(△THD t )는 상기 전류 고조파 왜형률 지수(THD avg,t )의 소정 기준치에 대한 상대적 변화를 나타내는 지수이며, 상기 전류 고조파 왜형률 변동 지수(△THD t )가 미리 정하여진 일정 기간 동안 소정 임계치 이하로 유지되는 경우, 상기 전류 고조파 왜형률 변동 지수(△THD t )를 구하기 위한 상기 소정 기준치를 현재 시점의 전류 고조파 왜형률 지수(THD avg,t )로 갱신하는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably an index representing the current harmonics why strain index (THD avg, t) is chasubyeol distribution of the harmonics of the distributed generation of single operation determination method conditions, the current harmonics why strain variation index (△ THD t) is the If the current harmonic why strain index is the index indicating the relative change of the predetermined threshold value (THD avg, t), remains below a certain threshold for the current harmonic why strain variation index (△ THD t) is a period of time binary predetermined, updating why the current harmonics why strain variation index (△ t THD) of the present time to the predetermined reference value to obtain a current harmonic strain index (THD avg, t) may be further included.
본 발명의 또 다른 한 측면에 따른 분산전원 단독운전 판단 방법은: 분산전원 계통 연계지점에서의 전압, 전류를 측정하는 단계; 상기 측정된 전압, 전류로부터 전압 불평형 지수(VU avg,t ) 및 전류 고조파 왜형률 지수(THD avg,t )를 계산하는 단계; 상기 계산된 전압 불평형 지수(VU avg,t ) 및 전류 고조파 왜형률 지수(THD avg,t )를 사용하여 전압 불평형 변동 지수(△VU t ) 및 전류 고조파 왜형률 변동 지수(△THD t )를 계산하는 단계; 상기 계산된 전압 불평형 변동 지수(△VU t ) 및 전류 고조파 왜형률 변동 지수(△THD t )가 각각 제1 임계치 및 제2 임계치 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 제1 임계치 및 제2 임계치 이상인 경우에 분산전원 단독운전으로 판단하여 트립(TRIP) 신호를 내보내는 단계를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method for determining a distributed power generation alone operation, including: measuring a voltage and a current at a distributed power system linkage point; Calculating a voltage unbalance index ( VU avg, t ) and a current harmonic distortion factor index ( THD avg, t ) from the measured voltage and current; The calculated voltages to the unbalanced index (VU avg, t) and current harmonics why strain index (THD avg, t) voltage imbalance fluctuation index (△ VU t) and current harmonics why strain variation index (△ THD t) by using the calculated Making; Determining whether the calculated voltage imbalance fluctuation index (VU △ t) and current harmonics why strain variation index (THD △ t) are respectively more than the first threshold and the second threshold value; And outputting a trip signal when it is determined that the distributed power supply alone operates when the first threshold value and the second threshold value are greater than or equal to each other.
바람직하게는 상기 트립 신호를 내보내는 단계는, 상기 계산된 전압 불평형 변동 지수(△VU t ) 및 전류 고조파 왜형률 변동 지수(△THD t )가 미리 정하여진 일정 기간 동안 각각 상기 제1 임계치 및 제2 임계치 이상으로 유지되는 경우, 분산전원 단독운전으로 판단하여 트립(TRIP) 신호를 내보내는 것을 특징으로 한다.Preferably steps to export the trip signal, the calculated voltage imbalance fluctuation index (△ VU t) and current harmonics why strain variation index (△ THD t) are respectively the first threshold and the second for a predetermined binary appointed period of time If it is maintained above the threshold value, it is determined that the distributed power supply alone operation is characterized in that to send a trip (TRIP) signal.
바람직하게는 상기 분산전원 단독운전 판단 방법의 상기 전압 불평형 지수(VU avg,t )는 3상의 불평형 정도를 나타내는 지수이며, 상기 전압 불평형 변동 지수(△VU t )는 상기 전압 불평형 지수(VU avg,t )의 소정 기준치에 대한 상대적 변화를 나타내는 지수이며, 상기 전류 고조파 왜형률 지수(THD avg,t )는 고조파의 차수별 분포 상황을 대표하는 지수이며, 상기 전류 고조파 왜형률 변동 지수(△THD t )는 상기 전류 고조파 왜형률 지수(THD avg,t )의 소정 기준치에 대한 상대적 변화를 나타내는 지수이며, 상기 전압 불평형 변동 지수(△VU t )가 미리 정하여진 일정 기간 동안 상기 제1 임계치 이하로 유지되고, 상기 전류 고조파 왜형률 변동 지수(△THD t )가 미리 정하여진 일정 기간 동안 상기 제2 임계치 이하로 유지되는 경우, 상기 전압 불평형 변동 지수(△VU t )를 구하기 위한 상기 소정 기준치를 현재 시점의 전압 불평형 지수(VU avg,t )로 갱신하고, 상기 전류 고조파 왜형률 변동 지수(△THD t )를 구하기 위한 상기 소정 기준치를 현재 시점의 전류 고조파 왜형률 지수(THD avg,t )로 갱신하는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, the voltage unbalance index ( VU avg, t ) of the distributed power generation alone determination method is an index indicating an unbalance degree of three phases, and the voltage unbalance fluctuation index ( ΔVU t ) is the voltage unbalance index ( VU avg, t) an indication of the relative change of the predetermined threshold value, the current harmonics why strain index (THD avg, t) is an index representing chasubyeol distribution of the harmonic, the current harmonic why strain variation index (△ THD t) Is an index indicating a relative change of the current harmonic distortion factor index THD avg, t with respect to a predetermined reference value, and the voltage unbalance fluctuation index ΔVU t is kept below the first threshold for a predetermined period of time. the current harmonics why strain variation index (△ t THD) for a pre-Jin appointed period of time when maintained at or below the second threshold value, the voltage imbalance fluctuation index (△ VU the predetermined reference value to derive t) updated with the current voltage imbalance index (VU avg, t) of time, said current harmonics why strain variation index (△ THD t) at the current time to the predetermined reference value for determining the current harmonics why The method may further include updating the form index THD avg, t .
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여, 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
우선 본 발명에서 사용되는, 전압 불평형 지수(VU avg,t ), 전류 고조파 왜형률 지수(THD avg,t ), 3상 전압 실효치 지수(V avg,t ), 불평형 변동 지수(△VU t ) 및 전류 고조파 왜형률 변동 지수(△THD t )는 예시적으로 다음과 같이 정의될 수 있다.First, the voltage unbalance index ( VU avg, t ), current harmonic distortion factor index ( THD avg, t ), three-phase voltage effective value index ( V avg, t ), unbalance fluctuation index ( ΔVU t ) used in the present invention, and current harmonics why strain variation index (△ t THD) may be exemplarily defined as follows.
1. 전압 불평형 변동 지수:1. Voltage unbalance fluctuation index:
전압 불평형 지수란 일정 시점에서의 3상 전압의 불평형 정도를 수치화 하여 표시하기 위한 파라미터로서 다양하게 정의할 수 있으나, 본 실시예에서는 t 시점에서의 전압 불평형 지수(VU t )를 (1)과 같이 정의하였다.Voltage unbalance index is, but can be variously defined as the parameter for indicating to quantify the unbalance degree of the three-phase voltage at a certain point in time, as the voltage unbalance index (VU t) (1) at time t in this embodiment Defined.
(1) (One)
여기서 VU t , NS t , PS t 는 각각 t시점에서의 전압 불평형 지수, 역상 전압크기, 정상 전압크기를 의미한다. 이 때, 순간적인 과도현상의 영향을 단독운전 판단에서 제거하여 보다 신뢰성을 높이기 위하여 이전 1주기 평균으로 t 시점의 불평형 지수(VU avg,t )를 아래의 식 (2) 와 같이 정의하였다.Where V t U, t NS, PS t means the voltage unbalance index, reverse phase voltage magnitude, the normal voltage level at time t, respectively. At this time, it defined as in formula (2) under a previous one period t to the average unbalance index (avg VU, t) of the time in order to improve a more reliable by eliminating the influence of the momentary transients in a single operation is determined.
(2) (2)
여기서 N은 1주기 샘플링(sampling) 수를 의미한다.Here, N denotes one cycle sampling number.
전압 불평형 지수의 변화를 평가하기 위하여 다음 (3)과 같은 변화율을 정의하였다.In order to evaluate the change of voltage unbalance index, the rate of change as defined in (3) is defined.
(3) (3)
여기서 VU avg,s 는 전압 불평형의 기준이 되는 값을 의미하는데, 초기에 일정한 기준 값으로 설정된 후에도 변화율이 일정 값(예를 들어, -100[%])보다 크고 다른 일정 값(예를 들어, +50[%])보다 작은 경우, 즉, 변화율이 어느 일정 범위 내이고 그다지 크지 않은 상황으로 유지되는 현상이 1주기 이상 계속 유지되면, 계통의 정상적인 변화인 것으로 간주하고 이때는 VU avg,s 를 VU avg,t 값으로 갱신하여 계통의 정상적인 변화에 능동적으로 대처하도록 하였다.Here, V U avg, s means a value that is a reference value of the voltage unbalance, and even after the initial set to a constant reference value, the rate of change is greater than a certain value (for example, -100 [%]) and is a different value (for example, , + 50 [%]), if smaller, that is, the rate of change for a certain range, and if the developer is maintained at conditions that are so large to keep more than one period, and considered to be the normal changes in the system that case, VU avg, s Updated to VU avg, t value to actively cope with normal changes in the system.
또한, 순간적인 과도현상에 의해 부정확한 판단이 이루어지는 것을 방지하기 위해, 지나치게 과도한 지수변화는 검출 알고리즘 상에서 제외하도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위한 방법은 여러 가지가 있을 수 있지만, 예를 들어 (4)와 같이 정의된 전압 불평형의 경사지수 VU DE,t 를 이용하여, 이 지수가 미리 정해진 설정치 이하가 되는 상태에서만 단독운전 검출 판단을 수행하도록 할 수 있다. 여기서, 설정치는 계통의 구성에 따라 달라질 것이며, 예를 들어 0.05[%]를 설정치로 하고 그 이상의 지수 변화에만 단독운전 검출 판단을 수행하도록 하는 것 등이 가능하다.In addition, in order to prevent inaccurate judgment from being made due to instantaneous transients, it is desirable to exclude excessively excessive exponential changes in the detection algorithm. There can be various methods for this purpose, but for example, using the voltage unbalance inclination index VU DE, t defined as (4), the independent operation detection judgment is made only when this index is below a predetermined set value. Can be done. Here, the set value will vary depending on the configuration of the system. For example, it is possible to set 0.05 [%] as the set value and perform the single operation detection judgment only on the exponential change more than that.
(4) (4)
위에서 예시한 식 (4)에서 경사지수 VU DE,t 는 t 시점의 불평형 지수와 그로부터 p만큼 앞선 시점의 불평형 지수의 차로 주어지는데, 예를 들어 t시점으로부터 앞선 시점 p는 1/4주기(4.17 [msec])로 설정하는 것 등이 가능하다.In equation (4) illustrated above, the slope index VU DE, t is given by the difference between the inequality index at time t and the inequality index at a time earlier by p. For example, the time point p from the time t is one quarter period (4.17). [msec]).
2. 고조파 왜형률 변동 지수:2. Harmonic Distortion Index:
또한, t 시점의 고조파 왜형률(THDt)을 (5)와 같이 정의하였다.In addition, harmonic distortion (THD t ) at time t was defined as shown in (5).
(5) (5)
여기서 I h 는 h 차수의 고조파 실효치를, I 1 은 기본파 실효치를 의미한다. H는 전력 계통의 상황에 따라 적절한 값으로 세팅하는 것이 가능(예를 들어, 31)하다. 순간적인 과도현상의 영향을 단독운전 판단에서 제거하여 보다 신뢰성을 높이기 위하여 이전 1주기 평균을 사용하여 t 시점의 전류 고조파 왜형률 평균(THD avg,t )을 (6)과 같이 정의하였다. 여기서 N은 1주기 샘플링 수를 의미한다.Where I h is the harmonic effective value of order h and I 1 is the fundamental wave effective value. It is possible to set H to an appropriate value depending on the situation of the power system (eg 31). The influence of the momentary transients were defined as 6, the current harmonics strain why the average (avg THD, t) of time t by using the average of the previous one cycle in order to improve the reliability more removed from the Single operation is determined. Where N is the number of sampling periods.
(6) (6)
다음으로 전류 고조파 왜형률의 변화를 평가하기 위하여 다음 (7)과 같은 변화율을 정의하였다. Next, in order to evaluate the change in the current harmonic distortion, the rate of change is defined as follows (7).
(7) (7)
여기서 THD avg,s 는 고조파 왜형률의 기준이 되는 값을 의미하는데, 초기치 설정 후, 변화율, 즉 △THD t 가 일정 값(예를 들어, -100 [%])보다 크고 다른 일정 값(예를 들어, +75 [%]) 보다 작은 범위 이내인 정도로 변화율이 크지 않은 안정상태를 1주기 이상 계속 유지하면, 단독운전이 아닌 계통의 정상적인 변화로 간주하여 위의 기준 값인 THD avg,s 를 THD avg,t 로 갱신하여 계통의 정상적인 변화에 적응하도록 하였다.Here, THD avg, s means a value that is a reference value of the harmonic distortion ratio, and after setting the initial value, the rate of change, that is, ΔTHD t is greater than a certain value (for example, -100 [%]) and is a different value (for example, For example, if the stable state with no change rate is maintained for more than one cycle to within the range of less than +75 [%]), it is regarded as the normal change of the system, not the single operation, and the above reference value THD avg, s is regarded as THD avg. , t was updated to adapt to normal changes in the system.
그리고 상술한 전압 불평형 지수의 경우와 마찬가지로 순간적인 과도현상에 의해 부정확한 판단이 이루어지는 것을 방지하기 위해, 지나치게 과도한 지수변화는 검출 알고리즘 상에서 제외하는 것이 바람직하다. 이를 위해 아래의 (8)과 같이 정의된 고조파 왜형률의 경사지수 THD DE,t 를 이용하여, 이 지수가 일정값 이하가 되는 상태에서만 단독운전 검출 판단을 수행하도록 하였다.As in the case of the voltage unbalance index described above, in order to prevent inaccurate judgment from being made due to transient transients, it is desirable to exclude excessively excessive exponential changes in the detection algorithm. For this purpose, using the slope index THD DE, t of harmonic distortion factor defined as in (8) below, the independent operation detection judgment is to be performed only when this index is below a certain value.
(8) (8)
위에서 예시한 식 (8)에서 경사지수 THD DE,t 는 t 시점의 불평형 지수와 그로부터 p만큼 앞선 시점의 평균 불평형 지수의 차로 주어지는데, 예를 들어, t시점으로부터 앞선 시점 p는 1/4주기(4.17 [msec])로 설정하는 것 등이 가능하다.In equation (8) illustrated above, the slope index THD DE, t is given by the difference between the inequality index at time t and the mean inequality index earlier than p, for example, the time point p from the time t is one quarter of a period. (4.17 [msec]) and the like can be set.
3. 선간 삼상 전압 실효치:3. Line three phase voltage effective value:
또한, t 시점에서의 선간 삼상 전압 실효치를 아래의 (9)에 정의하였다.In addition, the line three-phase voltage effective value at time t was defined in (9) below.
(9) (9)
여기서 N은 1주기 샘플링 수를 의미하며, V a , V b , V c ,는 각각 A, B, C상의 순시전압을 나타낸다.Where N is the number of sampling cycles, and V a , V b , V c , represent instantaneous voltages on A , B , and C , respectively.
4. 판단 방법의 흐름:4. Flow of judgment method:
상술한 도 3의 경우와 같이, 단독운전 시 부하변동이 작은 경우에는 전압, 위상, 주파수 변동이 거의 발생하지 않기 때문에 이러한 파라미터를 기준으로 한 종래 기술에 의하여서는 단독운전의 판단이 어렵게 되는 문제점이 있었다. 도 4에서는 분산전원 출력의 변화가 적은 경우에 단독운전 전후의 전류 고조파 왜형률과 전압 불평형을 나타내었다. As in the case of FIG. 3 described above, when load fluctuations are small during single operation, voltage, phase, and frequency fluctuations hardly occur, and thus, it is difficult to determine single operation by the prior art based on these parameters. there was. 4 shows the current harmonic distortion factor and voltage unbalance before and after single operation when the variation of distributed power output is small.
도 4를 살펴보면, 분산전원 출력의 변화가 적더라도 단독운전에 의해 계통부하의 구성이 달라지기 때문에 전류 고조파와 전압 불평형은 단독운전 전후에 차이가 나타나게 된다. 전류 고조파는 급격히 감소하며, 전압 불평형은 상대적으로 증가하게 된다. 본 발명자는 이러한 관찰을 기초로 하여 전류 고조파와 전압 불평형의 변화로부터 단독운전을 효과적으로 검출할 수 있다고 판단하였다.Referring to Figure 4, even if the change in the output of the distributed power is small, since the configuration of the system load is changed by the single operation, the current harmonics and voltage unbalance will appear before and after the single operation. Current harmonics are drastically reduced, and voltage unbalance is relatively increased. Based on these observations, the inventors have determined that single operation can be effectively detected from changes in current harmonics and voltage unbalance.
도 17에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분산전원 단독운전 판단방법의 흐름을 나타내었다.17 shows a flow of a method for determining the operation of distributed power generation alone according to a preferred embodiment of the present invention.
우선, 분산전원 계통 연계지점에서의 전압, 전류를 측정하는 단계(S10)에서는 분산전원 전단에 설치된 변류기(current transformer: CT) 및 변압기를 통하여 3상 전압과 적어도 한 상(예를 들어, A상)의 전류를 측정한다.First, in the step of measuring the voltage and current at the distributed power system linkage point (S10), the three-phase voltage and at least one phase (for example, A phase) through a current transformer (CT) and a transformer installed at the front end of the distributed power supply. Measure the current of).
다음으로, 측정된 전압, 전류로부터 전압 불평형 지수 (VU avg,t ) 및/또는 전류 고조파 왜형률 지수(THD avg,t )를 계산한다(S20). 이때, 전압 불평형 지수나 전류 고조파 왜형률 지수의 어느 하나만을 파라미터로 하여 분산전원의 단독운전 여부를 판단하는 것도 가능하며, 두 가지 모두를 파라미터로 하여 분산전원 단독운전 여부를 판단하는 것도 가능하다. 후자의 경우는 계산량이 많아진다는 단점이 있으나 분산전원 단독운전 여부 판단에 있어 보다 정확성을 기할 수 있다는 장점이 있다.Next, a voltage unbalance index VU avg, t and / or a current harmonic distortion factor index THD avg, t are calculated from the measured voltage and current (S20). At this time, it is possible to determine whether the distributed power supply alone is operated by using only one of the voltage unbalance index and the current harmonic distortion factor index as a parameter, and it is also possible to determine whether the distributed power supply alone is operated by both parameters. In the latter case, there is a disadvantage in that the amount of calculation increases, but there is an advantage that more accuracy can be determined in determining whether to operate a distributed power source alone.
또한, 이 단계(S20)에서, 3상 전압 실효치(V avg,t )를 전압 불평형 지수(VU avg,t ) 및/또는 전류 고조파 왜형률 지수(THD avg,t )와 함께 계산하여, 이후의 단계(S30)에서 3상 전압 실효치(V avg,t )가 임의의 설정값 이하가 되는 경우에는 바로 사고로 판단하여 차단기 동작을 위한 트립(Trip)신호를 내보내도록 하는 것도 가능하다.Further, in this step S20, the three-phase voltage rms V avg, t is calculated together with the voltage unbalance index VU avg, t and / or the current harmonic distortion factor index THD avg, t . If the three-phase voltage effective value ( V avg, t ) is less than a predetermined set value in step S30 , it is also possible to immediately determine that an accident to send a trip signal for the circuit breaker operation.
다음 단계(S40)에서는 전압 불평형 변동 지수(△VU t ) 및/또는 전류 고조파 왜형률 변동 지수(△THD t )를 계산한다.The next step (S40) calculates the voltage imbalance fluctuation index (△ t VU) and / or current harmonic why strain variation index (△ t THD).
만약, 단계 S30에서 3상 전압 실효치가 미리 설정된 기준 값(예를 들어, 0.5pu) 이하인 것으로 판단되면, 부하변화가 큰 경우의 단독운전을 의미하므로 즉시 트립 신호를 발생시킨다. If it is determined in step S30 that the three-phase voltage effective value is less than or equal to a predetermined reference value (for example, 0.5pu), it means a single operation when the load change is large, so that a trip signal is immediately generated.
단계 S30에서 전압 실효치의 값이 설정값 이상인 것으로 판단되면, 전압 불평형 변동 지수(△VU t ) 및/또는 전류 고조파 왜형률 변동 지수(△THD t )를 계산한다(S40).If it is determined to be greater than or equal to the value of the effective value of the voltage setting value in step S30, and calculates the voltage imbalance fluctuation index (△ t VU) and / or current harmonic why strain variation index (△ THD t) (S40) .
이후, 계산된 결과가 다음의 조건을 만족하는지의 여부를 판단(S50)한다.Thereafter, it is determined whether the calculated result satisfies the following condition (S50).
RULE1(전압 불평형 변동 지수만으로 판단하는 경우):RULE1 (if judged by voltage unbalance only):
{(△VU t > +50%) or (△VU t < -100%)}{( ΔVU t > + 50%) or ( ΔVU t <-100%)}
RULE2(전류 고조파 왜형률 변동 지수만으로 판단하는 경우):RULE2 (if judged solely by the current harmonic distortion coefficient):
{(△THD t > +75%) or (△THD t < -100%)}{( △ THD t > + 75%) or ( △ THD t <-100%)}
RULE3(위의 양자로 판단하는 경우):RULE3 (if both are judged above):
{(△THD t > +75%) or (△THD t < -100%)} AND{( △ THD t > + 75%) or ( △ THD t <-100%)} AND
{(△VU t > +50%) or (△VU t < -100%)} (10){( ΔVU t > + 50%) or ( ΔVU t <-100%)} (10)
위의 조건 (10)에서와 같이 전류 고조파 왜형률 변동 지수(△THD t ) 값이 -100% 이하 혹은 +75% 이상 및/또는 전압 불평형 변동 지수(△VU t ) 값이 -100 %이하 혹은 +50 %이상으로 판단되고(S50), 이와 같은 상태가 소정 기간(예를 들어, 1주기) 이상 계속되면 단독운전으로 판단한다(S60). 그러나 소정 기간(예를 들어, 1주기) 이상 지속되는 것이 아니라면, 단독운전이 아닌 순간적인 변화로 판단하여 트립 신호를 내지 않는다.Why harmonic currents as in the above condition (10) strain variation index (△ t THD) value is 100% or less than + 75% or more and / or a voltage imbalance fluctuation index (△ VU t) value is less than 100%, or If it is determined that it is + 50% or more (S50), and this state continues for a predetermined period (for example, one cycle) or more, it is determined as a standalone operation (S60). However, if it does not last for more than a predetermined period (for example, one cycle), the trip signal is not determined by determining that it is a momentary change and not a single operation.
계산된 값이 위의 조건 (10)에 부합하지 않는 경우에는 그러한 상태가 소정 기간(예를 들어, 1주기) 이상 지속되었는지의 여부를 판단한다(S70). 만일 △THD t 와 △VU t 가 위의 조건 (10)의 범위를 벗어난 상태로 소정 기간(예를 들어, 1주기) 이상 지속되면 단독운전 상태가 아닌 정상적인 계통의 부하변동이므로, THD avg,s 와 UB avg.s 를 현재의 THD avg,t 와 UB avg.t 으로 갱신하여 정상적인 계통 부하변동에 적응하도록 하는 것이 바람직하다(S80).If the calculated value does not meet the above condition (10), it is determined whether or not such a state has lasted for a predetermined period (for example, one cycle) (S70). △ THD t And ΔVU t out of the range of condition (10) above for a predetermined period (for example, 1 cycle), the load fluctuations of the normal system, not the stand-alone operation, THD avg, s and UB avg. s is the current THD avg, t And UB avg.t is preferably updated to adapt to normal system load variation (S80).
여기서, 특정 파라미터가 설정치를 초과할 경우에 정확을 기하기 위하여 다른 파라미터의 결과를 함께 고려하도록, 일정 시간(예를 들어, 100 msec) 동안 계속해서 트립 신호 상태를 유지하도록 조정하는 것도 가능하다. Here, it is also possible to adjust to keep the trip signal state for a certain period of time (e.g., 100 msec) so that the result of other parameters is considered together in order to be accurate when certain parameters exceed the set value.
본 발명의 방법의 신뢰성을 검증하기 위하여 다음에서는 분산전원의 단독운전 상황과 정상적인 부하변동에 대한 모의 시험 결과를 개시한다.In order to verify the reliability of the method of the present invention, the following describes the simulated test results for the stand-alone operation of the distributed power supply and the normal load variation.
도 5는 도 1에서의 계통 모델에서 분산전원 840번 버스 연계 시 차단기 5의 동작으로 인한 분산전원의 단독운전 검출 결과를 나타낸다. 도시한 바와 같이 단독운전 시 분산전원의 담당부하가 급격히 증가하므로 3상 전압 실효치 지수가 0.27 pu까지 감소하는 것을 볼 수 있다. 따라서 제안된 분산전원 보호 방법에 의하여 75 ms에 단독운전이 검출되었다. 5 is a diagram illustrating a single operation detection result of the distributed power supply due to the operation of the circuit breaker 5 when the distributed power supply bus 840 is connected in the system model of FIG. 1. As shown, since the load of the distributed power supply increases rapidly during single operation, the three-phase voltage effective value index decreases to 0.27 pu. Therefore, single operation was detected at 75 ms by the proposed distributed power supply protection method.
도 6은 도 5와 동일한 분산전원 단독운전 조건 하에서의 위상, 주파수 파라미터의 변화를 나타낸다. 이와 같이 급격한 부하변동을 동반하는 분산전원의 단독운전은 종래 기술의 위상 변동, 주파수 변동 등에 의해서도 간단히 검출 될 수 있다.FIG. 6 shows changes in phase and frequency parameters under the same distributed power supply single driving condition as in FIG. 5. As described above, the independent operation of the distributed power supply with rapid load fluctuation can be detected simply by the phase fluctuation, frequency fluctuation, etc. of the prior art.
도 7은 도 1에서의 계통 모델에서 분산전원 858번 버스 연계 시 차단기 2 동작으로 인한 분산전원의 단독운전 검출 결과를 나타낸다. 이러한 상황에서는 부하의 변화가 크지 않으므로 도 8에서와 같이 위상이나 주파수 변화가 크게 발생하지 않아 종래 기술의 방법으로는 이들을 이용한 단독운전 검출은 불가능하게 된다. 그러나 분산전원이 담당하는 부하의 변화가 적다할지라도 부하의 구성이 달라지므로 도 7에 도시한 바와 같이 전류 고조파 왜형률과 전압 불평형의 변화가 크게 발생하였다. FIG. 7 is a diagram illustrating a single operation detection result of distributed power supplies due to breaker 2 operation when the distributed power supply bus 858 is connected in the system model of FIG. 1. In this situation, since the load change is not large, the phase or frequency change does not occur as shown in FIG. 8, so that the independent operation detection using the conventional technique is impossible. However, even if the load of the distributed power supply is small, the load configuration is different, and as shown in FIG. 7, a large change in current harmonic distortion and voltage unbalance occurs.
따라서 이들의 변화를 이용하는 본 발명에서 제안된 분산전원의 단독운전 검출 방법은 부하 변동이 심하게 나타나지 않는 경우에 있어서도 신속하게 계통 전원 공급의 상실을 판단할 수 있었다. 모의 시험 결과, 단독운전 판단 트립 신호는 129 msec에 발생하였다. Therefore, the single operation detection method of the distributed power supply proposed in the present invention using these changes was able to quickly determine the loss of the grid power supply even when the load fluctuations were not severe. As a result of the simulation test, the single operation judgment trip signal was generated at 129 msec.
본 발명에서 제안된 단독운전 판단 알고리즘은 배전선에서 발생한 순시사고에 의한 오판의 제거를 목적으로 동작하는 재폐로 계전기 동작시간인 500 msec 보다 빠르게 단독운전을 검출하므로, 재폐로 시 발생될 수 있는 기기손상이나 배전 계통의 유지, 보수 시 일어날 수 있는 인명피해를 예방할 수 있을 것이다.The proposed algorithm for standalone operation proposed in the present invention detects the standalone operation faster than the operation time of 500 msec of the reclosing relay operating for the purpose of eliminating the misjudgment caused by the instantaneous accident in the distribution line. However, it will be possible to prevent human injury that may occur during maintenance and repair of the distribution system.
도 9는 도 1에서의 계통 모델에서 분산전원 840번 버스 연계 시 차단기 4의 동작으로 인한 분산전원의 단독운전 검출 결과를 나타낸다. 이때에는 844번 버스와 848번 버스에 연결된 A상의 역률 보상용 커패시터 뱅크가 제거된 것으로 가정하였다. FIG. 9 is a diagram illustrating a single operation detection result of a distributed power supply due to the operation of the breaker 4 when the distributed power supply bus 840 is connected in the system model of FIG. 1. In this case, it is assumed that power factor correction capacitor banks of phase A connected to buses 844 and 848 are removed.
도 9에서 알 수 있듯이 평상시 발생하는 큰 전압 불평형이 단독운전 후 커패시터 뱅크의 영향이 사라져 급격히 감소하는 것을 볼 수 있다. 그리고 분산전원 담당 부하의 변동이 작은 도 7의 단독운전 결과에서처럼 전류 고조파 왜형율은 단독운전 후 급격히 감소하였다. As can be seen in Figure 9 it can be seen that the large voltage unbalance that normally occurs rapidly decreases due to the disappearance of the capacitor bank after a single operation. As shown in the single operation result of FIG. 7 in which the variation of the load for distributed power supply is small, the current harmonic distortion ratio decreased drastically after the single operation.
도 8의 경우와 마찬가지로 도 10에서는 전압 크기, 위상, 주파수의 변동이 단독운전 전후에 큰 변화가 발생하지 않으므로 이들을 이용한 종래 기술의 단독운전 검출은 곤란한 것을 알 수 있다. 따라서 이와 같이 부하변동이 적은 경우에 해당하는 단독운전은 종래 기술의 경우에서는 검출될 수 없으며, 본 발명에서 제안된 기법에 의해서야 정확하게 정상상태와 구분될 수 있었다.As in the case of FIG. 8, it can be seen that in FIG. 10, variations in voltage magnitude, phase, and frequency do not cause large changes before and after single operation, and thus, it is difficult to detect single operation in the prior art using them. Therefore, the independent operation corresponding to the case where the load variation is small cannot be detected in the case of the prior art, and can be accurately distinguished from the steady state only by the technique proposed in the present invention.
도 11은 도 1에서의 계통 모델에서 분산전원 840번 버스 연계 시 큰 용량의 유도 전동기 투입 시 분산전원의 단독운전 기법 검증 결과를 나타낸다. 큰 용량의 전동기 기동에 의하여 전류 고조파 왜형율과 전압 불평형이 급격하게 변동하더라도 제안된 보호 알고리즘은 단독운전과 부하변동을 효과적으로 구분할 수 있다. 도 11에서 전압은 큰 부하의 계통 연계로 인하여 급격히 감소하는 것을 볼 수 있다. 따라서, 전압의 변화를 이용한 종래 기술의 방법은 정상적인 부하변동을 단독운전으로 판단할 가능성이 있다. FIG. 11 illustrates a result of verifying the independent operation technique of the distributed power supply when a large capacity induction motor is input when the distributed power supply bus 840 is connected in the system model of FIG. 1. Even if the current harmonic distortion rate and voltage unbalance change rapidly due to the starting of a large capacity motor, the proposed protection algorithm can effectively distinguish between single operation and load variation. In FIG. 11, it can be seen that the voltage decreases rapidly due to the grid connection of a large load. Therefore, in the prior art method using the change in voltage, there is a possibility that normal load fluctuation can be judged as a single operation.
도 12에서는 유도전동기 기동 시 위상 변화와 주파수 변동에 대한 모의 결과를 그림으로 나타내었다. 도 12에서 알 수 있듯이 전동기는 큰 인덕턴스 성분을 가진 부하이므로 위상이 급격히 증가하게 된다. 그러므로 위상을 기준으로 분산전원의 단독운전을 판단하는 종래 기술의 방법을 사용한다면 정상적인 부하변동에 대하여 단독운전으로 잘못 인식하여 분산전원을 계통에서 분리하는 오동작이 발생할 수 있다.12 shows the simulation results for the phase change and the frequency change when the induction motor is started. As can be seen in Figure 12, the motor is a load having a large inductance component, so the phase increases rapidly. Therefore, if the conventional method of determining the independent operation of the distributed power supply based on the phase is used, a malfunction may be generated in which the distributed power supply is separated from the system by erroneously recognizing normal load fluctuation as the single operation.
도 13은 도 1에서의 계통 모델에서 분산전원 840번 버스 연계 시 커패시터 뱅크투입 시 분산전원의 단독운전 검출 방법의 검증 결과를 나타낸다. 커패시터 뱅크의 투입 시 파라미터의 급격한 변화에도 불구하고 제안된 방법은 부하변동과 단독운전을 효과적으로 구분함을 알 수 있다. FIG. 13 illustrates a verification result of a method for detecting an independent operation of a distributed power supply when a capacitor bank is connected when the distributed power supply bus 840 is connected in the system model of FIG. 1. Despite the drastic change in the parameters when the capacitor bank is inserted, it can be seen that the proposed method effectively distinguishes load variation from single operation.
도 14는 커패시터 뱅크 제거 시 위상 변위와 주파수 변화율을 나타낸다. 주파수 변화율은 순간적으로 50 Hz 까지 감소하는 특성을 나타내므로 종래 기술의 검출 방법을 적용할 경우 이를 단독운전으로 판단하여 오동작의 위험성을 가지고 있다. 14 shows the phase shift and the frequency change rate when the capacitor bank is removed. Since the rate of change of frequency shows a characteristic of decreasing to 50 Hz instantaneously, when the prior art detection method is applied, it is judged as a single operation and has a risk of malfunction.
도 15, 16은 도 1에서의 계통 모델에서 분산전원 840번 버스 연계 시 불평형 계통 부하 증가, 감소 시 분산전원의 단독운전 기법 검증 결과를 나타낸다. 첫 번째로(도 15), 820번과 842번 버스에 연계된 각각의 용량이 62 kVA와 4.2 kVA인 A상 부하들을 53 ms에 일시에 제거하여 계통 불평형 부하가 감소된 경우를 모의 시험하였으며, 두 번째로(도 16), 836번 버스에 연결되어 있는 각각 8 kVA, 10 kVA의 용량인 A상, B상 부하를 계통에 투입하여 부하가 증가된 경우를 모의 시험하였다. 15 and 16 show the results of verifying the independent operation method of the distributed power supply when the unbalanced system load increases and decreases when the distributed power supply bus 840 is connected in the system model of FIG. 1. First (FIG. 15), we simulated a case where the system unbalanced load was reduced by temporarily removing the phase A loads of 62 kVA and 4.2 kVA, respectively, associated with buses 820 and 842 at 53 ms. Secondly (FIG. 16), the case where the load was increased by inputting the A-phase and B-phase loads of 8 kVA and 10 kVA, respectively, connected to the bus 836 to the system was simulated.
이러한 모의 시험 결과, 불평형 부하변동이 전체 계통 부하에 비하여 큰 용량을 가지지 못하므로 전압 불평형은 미소하게 변동하는 것을 알 수 있다. 그리고 R-L 부하 증가, 감소 시 전류 고조파 왜형률의 변화가 과도상태 후 부하변동 이전의 값과 유사하므로 제안된 방법은 이를 단독운전으로 판단하지 않고 안정된 운전 특성을 나타내었다.As a result of these simulations, it can be seen that the voltage unbalance fluctuates slightly because the unbalanced load fluctuation does not have a large capacity compared to the total system load. And since the change of the current harmonic distortion rate when the R-L load increases and decreases is similar to the value before the load change after the transient state, the proposed method shows stable operation characteristics without judging it as single operation.
이와 같이, 본 발명의 분산전원 단독운전 판단 방법은 단독운전 모드에서 분산전원 출력변화에 관계없이 단독운전을 효과적으로 검출 할 수 있으며, 단독운전과 부하변동을 정확히 구별함을 볼 수 있었다. 제안된 방법은 기존의 단독운전 검출 방법에서 가장 많이 이용되는 전압 크기와 함께, 본 발명에서 새롭게 제안된 전류 고조파 왜형률 변화 지수 및/또는 전압 불평형 변화율 분석을 통해 단독운전을 판단한다. 본 발명의 방법은 기존의 능동적인 검출방법들과는 달리 분산전원 출력과 계통에 변화를 주지 않으며, 단독운전 전후 부하변화가 적을 경우에도 효과적으로 이를 검출할 수 있음을 위의 시험 결과를 통하여 알 수 있다. As described above, the distributed power supply alone operation determination method of the present invention can effectively detect the independent operation irrespective of the variation of the distributed power output in the single operation mode, and it can be seen that the single operation and the load variation are accurately distinguished. The proposed method determines the single operation by analyzing the current harmonic distortion rate change index and / or voltage unbalance change rate newly proposed in the present invention together with the voltage magnitude most used in the conventional single operation detection method. Unlike the existing active detection methods, the method of the present invention does not change the distributed power output and the system, and it can be seen from the above test results that it can be effectively detected even when the load change before and after the single operation is small.
또한, 단독운전과 유사한 특성을 가지고 있는 유도 전동기 계통 투입, 부하증가, 부하감소, 커패시터 뱅크 투입 등에 대하여도 단독운전으로 잘못 판단하지 않음이 검증되었다.In addition, it was verified that induction motor system input, load increase, load reduction, capacitor bank input, etc., which have characteristics similar to those of single operation, were not misjudged as single operation.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 형태에 관해 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 받아들여져야 하며, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. As described above, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but it should be taken as exemplary, and various modifications may be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.
본 발명에 따라, 분산 전원이 계통에 연계되었을 경우에 단독운전 판단 실패로 인해 발생하는 인명 피해, 재폐로 계전기의 재폐로시 상의 불평형으로 인한 기기 손상, 전력품질의 저하 및 계통 복구의 어려움 등과 같은 많은 문제들을 해결할 수 있다.According to the present invention, when the distributed power supply is connected to the grid, such as personal injury caused by failure of the independent operation judgment, equipment damage due to unbalance in reclosing the reclosing relay, deterioration of power quality and difficulty in restoring the grid, etc. Many problems can be solved.
또한, 큰 용량의 전동기 기동, 커패시터 뱅크의 투입, 급격한 부하 변동에 대해 이를 단독운전으로 잘 못 판단하는 등 계전기의 오동작을 현격히 감소시킴으로써 안정적이고 신뢰도 높은 전력 공급이 가능하게 된다. In addition, it is possible to stably and reliably supply power by significantly reducing the malfunction of the relay, such as starting a large-capacity motor, injecting a capacitor bank, and inaccurately judging it by a single operation for sudden load changes.
위와 같은 본 발명의 기술적 효과에 의해 파생되는 사회, 경제적 이득이 상당히 클 것은 자명하며, 또한 대체 에너지원을 포함한 분산 전원의 보급을 가속화하는 기술적인 토대를 마련함으로써 환경 에너지 문제 해결에도 큰 기여를 하게 될 것이다. It is obvious that the social and economic benefits derived from the above technical effects of the present invention are quite large, and also contribute to solving the environmental energy problem by providing a technical foundation for accelerating the distribution of distributed power sources including alternative energy sources. Will be.
도 1은 분산 전원을 포함하는 계통 단선도의 한 예를 도시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an example of a system disconnection diagram including a distributed power supply.
도 2는 도 1에서 분산전원 840번 버스 연계 시 차단기 3 동작으로 단독운전 전후의 부하 변동이 큰 경우의 전압, 위상, 주파수 파라미터에 대한 변화를 나타낸다.FIG. 2 is a diagram illustrating changes in voltage, phase, and frequency parameters when the load change before and after single operation is large due to breaker 3 operation when the distributed power source 840 bus is connected in FIG. 1.
도 3은 도 1에서 분산전원 832번 버스 연계 시 차단기 1 동작으로 단독운전 전후의 부하 변동이 작은 경우의 전압, 위상, 주파수 파라미터에 대한 변화를 나타낸다.FIG. 3 illustrates changes in voltage, phase, and frequency parameters when the load change before and after single operation is small by the circuit breaker 1 operation when the distributed power supply bus 832 is connected in FIG. 1.
도 4는 도 1에서 분산전원 832번 버스 연계 시 차단기 1 동작으로 단독운전 전후의 부하 변동이 작은 경우의 A상 전류 고조파 왜형률과 전압 불평형에 대한 변화를 나타낸다.FIG. 4 is a diagram illustrating changes in the A-phase current harmonic distortion and voltage unbalance when the load change before and after the single operation is small by the circuit breaker 1 operation when the distributed power supply bus 832 is connected.
도 5는 도 1에서 분산전원 840번 버스 연계 시 차단기 5 동작으로 인한 분산전원의 단독운전 검출 결과를 나타낸다.FIG. 5 is a diagram illustrating a single operation detection result of distributed power supplies due to breaker 5 operation when the distributed power supply bus 840 is connected to FIG. 1.
도 6은 도 5와 동일한 분산전원 단독운전 조건 하에서의 위상, 주파수 파라미터의 변화를 나타낸다.FIG. 6 shows changes in phase and frequency parameters under the same distributed power supply single driving condition as in FIG. 5.
도 7은 도 1에서 분산전원 858번 버스 연계 시 차단기 2 동작으로 인한 분산전원의 단독운전 검출 결과를 나타낸다.FIG. 7 is a diagram illustrating a single operation detection result of distributed power supplies due to breaker 2 operation when the distributed power supply bus 858 is connected to FIG. 1.
도 8은 도 7과 동일한 분산전원 단독운전 조건 하에서의 위상, 주파수 파라미터의 변화를 나타낸다.FIG. 8 illustrates changes in phase and frequency parameters under the same distributed power supply single driving condition as in FIG. 7.
도 9는 도 1에서 분산전원 840번 버스 연계 시 차단기 4 동작으로 인한 분산전원의 단독운전 검출 결과를 나타낸다.FIG. 9 is a diagram illustrating a single operation detection result of distributed power supplies due to breaker 4 operation when the distributed power supply bus 840 is connected to FIG. 1.
도 10은 도 9와 동일한 분산전원 단독운전 조건 하에서의 위상, 주파수 파라미터의 변화를 나타낸다.FIG. 10 shows changes in phase and frequency parameters under the same distributed power supply single driving condition as in FIG. 9.
도 11은 도 1에서 분산전원 840번 버스 연계 시 큰 용량의 유도 전동기 투입 시 분산전원의 단독운전 기법 검증 결과를 나타낸다.FIG. 11 shows a result of verifying the independent operation technique of the distributed power supply when a large capacity induction motor is input when the distributed power supply bus 840 is connected in FIG. 1.
도 12는 도 11과 동일한 계통 변동 조건 하에서의 위상, 주파수 파라미터의 변화를 나타낸다.12 shows changes in phase and frequency parameters under the same system fluctuation conditions as in FIG.
도 13은 도 1에서 분산전원 840번 버스 연계 시 커패시터 뱅크투입 시 분산전원의 단독운전 기법 검증 결과를 나타낸다.FIG. 13 illustrates a result of verifying an independent operation technique of a distributed power supply when a capacitor bank is inserted in connection with a distributed power supply bus 840 in FIG. 1.
도 14는 도 13과 동일한 계통 변동 조건 하에서의 위상, 주파수 파라미터의 변화를 나타낸다.FIG. 14 shows changes in phase and frequency parameters under the same system fluctuation conditions as in FIG. 13.
도 15은 도 1에서 분산전원 840번 버스 연계 시 불평형 계통 부하 제거 시 분산전원의 단독운전 기법 검증 결과를 나타낸다.FIG. 15 illustrates a verification result of a single operation method of a distributed power supply when an unbalanced system load is removed when the distributed power supply bus 840 is connected to FIG. 1.
도 16은 도 1에서 분산전원 840번 버스 연계 시 불평형 계통 부하 증가 시 분산전원의 단독운전 기법 검증 결과를 나타낸다.FIG. 16 illustrates a verification result of a stand-alone operation method of a distributed power supply when an unbalanced system load increases when the distributed power supply bus 840 is connected to FIG. 1.
도 17은 본 발명의 분산전원 단독운전 검출 기법의 한 실시 예를 나타내는 흐름도이다.17 is a flowchart illustrating an embodiment of a distributed power generation single operation detection technique of the present invention.
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