KR101778774B1 - 주파수 측정에 의한 마이크로그리드 내 아일랜딩 현상 검지 방법 및 그 시스템 - Google Patents

Abstract

아일랜딩 검지 시스템에 의한 마이크로그리드 내의 아일랜딩 현상 검지 방법에 있어서, 분산 전원에서의 전압에 관한 단위시간당 주파수 정보를 수집하는 단계; 수집한 주파수 정보를 통해 주파수 변화율을 계산하는 단계; 주파수 변화율이 문턱값을 초과하는 경우, 초과 시간을 산정하는 단계; 및 산정한 초과 시간이 일정 시간 이상인 경우 아일랜딩 현상으로 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드 아일랜딩 검지 방법이 개시된다.

Description

주파수 측정에 의한 마이크로그리드 내 아일랜딩 현상 검지 방법 및 그 시스템 {The System and Method of Detecting Islanding by Checking Frequency in Microgrid}

본 발명을 마이크로그리드 내 아일랜딩 현상을 검지하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 주파수 측정에 의한 마이크로그리드 내 아일랜딩 현상 검지 방법에 관한 것이다.

세계적으로 부족한 에너지 수요에 대한 대응, 친환경 에너지 개발 및 적용 확대, 에너지 손실 감소 및 효율적 에너지 운용 등을 위한 스마트 그리드의 필요성과 적용 확대 등의 목적으로 마이크로그리드의 수와 분산전원의 용량은 급속히 늘어나고 있다.

이에 맞추어 세계 각국에서 마이크로그리드의 운용, 에너지 활용 효율성과 경제성 평가 등을 목적으로 하는 다양하고 많은 수의 실증 사업 또한 진행되고 있다. 이미 각국의 에너지 시스템 관련 법규 및 관련 규정에는 아일랜딩 현상의 발생 및 관련 대응에 관하여 언급되어 있으며, 우리나라에도 신재생 에너지원의 전원 접속에 관한 규정인 '분산형 전원 배전 계통 연계 기술 기준'에 이에 관련한 의무 준수 기준이 명시되어 있다. 위 규정에는 계통에 접속할 분산전원의 전기적 특성에 관하여도 언급되어 있는데, 주파수와 전압, 그리고 위상각에 대해서 언급되어 있다.

아일랜딩 현상은 마이크로그리드 내에서 주 전원으로부터 공급되는 전원이 공급 계통 이상에 의한 사고 등의 원인에 의하여 차단되어, 분산 전원에서만 전력이 공급되는 상태를 말하며, 분산전원의 운용 및 마이크로그리드의 경제적인 운전 및 안전과 관계되는 여러가지 시스템에서 그 발생 유무를 항상 감시하여야 할 필요가 있다.

감시 방법 중 하나로 크게는 위와 같은 전기적 특성과 관련한 passive 방법과 active 방법으로 구분할 수 있다. passive 방법은 전압, 주파수 등 기존 전력 시스템의 신호들을 분석하여 검지하는 방법이며 active 방법은 특별한 주파수나 신호 특성을 가진 신호를 기존 전력 시스템에 부가적으로 주입하여 이 신호의 변화를 분석하여 아일랜딩 현상을 검지하는 방법이다.

일반적으로 passive 방법 중에 주파수 변화율을 측정하고 분석하는 방법이 가장 우수한 것으로 알려져 있으나, 이러한 방법을 구현하기 위해서는 경제성, 실시간 처리 문제, 신뢰도 등의 측면에서 여러가지 어려움이 있어 실제 적용되는 경우는 거의 없는 실정이다.

따라서 본 발명에서는 종래 아일랜딩 검지 시스템의 기능 구현 어려움을 대신하여, 기존에 존재하는 PMU(Phasor Measurement Unit) 장치의 주파수 변화율 측정과 동기화 기능을 이용하여 경제적이고 신뢰성 있는 아일랜딩 검지 방법을 제시한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 측정에 의한 마이크로그리드 내 아일랜딩 현상 검지 방법은, 경제적이고 신뢰성 있는 아일랜딩 검지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 측정에 의한 마이크로그리드 내 아일랜딩 현상 검지 방법은,

아일랜딩 검지 시스템에 의한 마이크로그리드 내의 아일랜딩 현상 검지 방법에 있어서, 분산 전원에서의 전압에 관한 단위시간당 주파수 정보를 수집하는 단계; 상기 수집한 주파수 정보를 통해 주파수 변화율을 계산하는 단계; 상기 주파수 변화율이 문턱값을 초과하는 경우, 초과 시간을 산정하는 단계; 및 상기 산정한 초과 시간이 일정 시간 이상인 경우 아일랜딩 현상으로 판정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 주파수 변화율은 일정 시간 동안의 상기 주파수 변화율을 반영하는 주파수 이동 평균값을 포함할 수 있다.

상기 마이크로그리드는 주 전원을 포함하며, 상기 주파수 정보를 수집하는 단계는

상기 주 전원에서의 전압에 관한 단위시간당 주파수 정보를 수집하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 단위시간당 주파수 정보를 수집하는 단계는 상기 분산 전원에 설치된 PMU 장치를 통해 수행될 수 있다.

상기 주 전원에서의 전압에 관한 단위시간당 주파수 정보를 수집하는 단계는 상기 주 전원에 설치된 PMU 장치를 통해 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 측정에 의한 마이크로그리드 내 아일랜딩 현상 검지 시스템은,

마이크로그리드에 포함된 분산 전원에 설치되어 전압에 대한 단위 시간 당 주파수를 측정하는 PMU 장치; 및 상기 PMU 장치로부터 상기 단위 시간 당 주파수를 전달받는 아일랜딩 검지 장치를 포함하고, 상기 아일랜딩 검지 장치는 상기 측정된 단위 시간 당 주파수를 바탕으로 주파수 변화율을 구하고, 상기 주파수 변화율이 문턱값을 초과하는 경우 해당 초과 시간을 산정하며, 상기 산정한 초과시간이 일정 시간 이상인 경우 아일랜딩 현상을 판정할 수 있다.

상기 마이크로그리드는 주 전원을 포함하며, 상기 PMU 장치는 상기 주 전원에 설치되어 상기 주 전원에서의, 전압에 대한 단위 시간 당 주파수를 측정할 수 있다.

상기 아일랜딩 검지 장치는, 상기 PMU 장치와 양방향으로 통신 가능한 통신부; 상기 통신을 통하여 상기 PMU 장치로부터 단위 시간당 주파수 정보를 수집하는 수집부; 상기 전달받은 단위 시간당 주파수 정보를 바탕으로 그 변화를 측정하여, 상기 변화와 상기 문턱값을 비교하여 상기 단위 시간당 주파수 변화가 상기 문턱값을 초과하는 경우 해당 초과 시간을 산정하며, 상기 산정한 초과시간이 일정 시간 이상인 경우 아일랜딩 현상을 판정하는 판단부; 및 상기 판정 정보를 기록하는 기록부를 포함할 수 있다.

상기 아일랜딩 검지 장치는 상기 PMU 장치와 c37.118 또는 IEC 61850 통신 프로토콜을 사용하여 양방향 통신할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 측정에 의한 마이크로그리드 내 아일랜딩 현상 검지 방법은, 경제적이고 신뢰성 있는 아일랜딩 검지 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드 내 아일랜딩 현상 검지 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드 내 아일랜딩 현상 검지 방법의 순서를 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아일랜딩 검지 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드 내 아일랜딩 현상 검지 방법을 예시하는 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 실시예에서 사용되는 '부'라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부'들로 더 분리될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드 내 아일랜딩 현상 검지 시스템을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 마이크로그리드는 부하와 주전원, 각각의 분산 전원(100)들로 이루어진다. 이러한 마이크로그리드는 부하와 분산 전원(100)들로만 이루어질 수도 있으며, 주 전원(200)과 결합하여 존재할 수도 있고, 주 전원(200)과 결합하는 경우에는 도시된 바와 같이 주 전원(200)과 분산 전원(100)의 접속점을 가지게 된다. 주 전원(200)이란 일반 전력회사에서 공급되는 전원(utility)을 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이 마이크로그리드 내 아일랜딩 현상 검지 시스템은 PMU 장치(300) 및 아일랜딩 검지 장치(400)로 이루어지며, 위 장치들을 통해 아일랜딩 현상을 검지할 수 있다. 이에 대해서는 도 2를 참고하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드 내 아일랜딩 현상 검지 방법의 순서를 도시한 순서도이다.

S401 단계에서, 아일랜딩 검지 장치(400)는 분산 전원에서의 전압에 대한 단위시간당 주파수 정보를 수집한다. 구체적으로는, 단위시간당 주파수 정보는 분산 전원에 설치된 PMU 장치(300)를 통해 획득되며, 상기 PMU 장치(300)는 이렇게 획득한 주파수 정보를 아일랜딩 검지 장치(400)로 전달한다.

상기 PMU 장치(300)의 주파수 획득은 기존의 기능을 통해서 구현되므로, 주파수를 측정하기 위한 새로운 장비를 추가할 필요가 없어 경제적인 시스템을 구성할 수 있게 된다.

또한, 상기 PMU 장치(300)는 복수의 상기 PMU 장치(300)들이 서로 시간적으로 동기화되어 상기 단위시간당 주파수 정보를 수집하여 아일랜딩 검지 장치(400)로 전달함으로써, 더 신뢰성 있는 아일랜딩 현상 판단을 가능하게 한다.

상기 PMU 장치(300)는 c37.118 또는 IEC 61850 통신 프로토콜을 사용하여 아일랜딩 검지 장치(400)와 양방향 통신할 수 있다

S402 단계에서, 아일랜딩 검지 장치(400)는 전달받은 주파수 정보를 바탕으로 주파수 변화율을 계산한다. 해당 주파수 변화율은 sec 또는 milliseconds 등의 단위로 계산될 수 있다.

또한 전달받은 주파수 정보를 바탕으로 주파수 이동 평균을 계산할 수도 있다. 주파수 이동 평균이란 시간의 흐름에 따라 가장 오래된 주파수를 빼고 새로운 주파수를 추가하여 구한 평균으로, 사용자가 주파수 이동 평균의 분모가 되는 일정 시간을 설정할 수 있다.

S403 단계에서, 아일랜딩 검지 장치(400)는 주파수 변화율을 문턱값과 비교한다.

상기 문턱값은 주 전원(200) 및 분산 전원(100)들 각각에 대응하는 문턱값으로 사용자에 의해 설정될 수 있다.

S404 단계에서, 아일랜딩 검지 장치(400)는 주파수 변화율이 문턱값을 초과하는 경우 초과 시간을 산정한다.

일례로, 한 분산 전원(100)의 문턱값이 2Hz/s, 주파수 변화율은 2.5Hz/s 인 경우 아일랜딩 검지 장치(400)는 해당 분산 전원의 전압의 주파수 변화율이 2Hz/s 를 초과하는 시간부터의 초과 시간을 산정하게 된다.

S405 단계에서, 아일랜딩 검지 장치(400)는 산정한 초과 시간이 일정 시간 이상인 경우 아일랜딩 현상을 판정하고 이를 기록한다.

상기 일정 시간은 주 전원(200) 및 분산 전원(100)들 각각에 대응하는 일정 시간으로 사용자에 의해 설정될 수 있다. 일례로, 한 분산 전원(100)의 상기 일정 시간이 150ms이고, S404단계에서 산정한 초과 시간이 300ms 인 경우 아일랜딩 검지 장치(400)는 아일랜딩 현상을 판정하게 된다.

이하에서는, 도 3을 참조하여, 아일랜딩 검지 장치의 세부 구성에 대해 살펴본다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아일랜딩 검지 장치(400)의 구성을 도시하는 블록도이다. 도시된 바와 같이 아일랜딩 검지 장치(400)는 통신부(410), 수집부(420), 판단부(430) 및 기록부(440)로 구성될 수 있다.

구체적으로는, 상기 PMU 장치(300)는 획득한 단위 시간당 주파수 정보를 아일랜딩 검지 장치(400)의 통신부(410)를 통해서 전달할 수 있다.

아일랜딩 검지 장치(400)의 수집부(420)에서는 이렇게 전달받은 주파수 정보를 저장하고, 이를 바탕으로 판단부(430)에서 주파수 변화율을 계산하게 된다.

또한, 상기 판단부(430)에서는 상기 주파수 변화율을 문턱값과 비교하고, 주파수 변화율이 문턱값을 초과하는 경우 초과 시간을 산정하며, 산정한 초과 시간이 일정 시간 이상인 경우 아일랜딩 현상을 판정한다.

이렇게 판정된 아일랜딩 현상에 대해서는 기록부(440)를 통해서 기록함으로써 사용자가 보다 용이하게 마이크로그리드 시스템을 관리할 수 있게 된다.

아일랜딩 현상 판단에 대하여 도 4를 참고하여 자세히 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드에서의 아일랜딩 검지 방법을 예시하는 도면으로, 한 분산전원(100)에서의 주파수 변화율 문턱값이 1.5hz/s, 일정 시간이 300ms로 설정된 경우에서의 아일랜딩 검지 방법을 나타낸다.

도면에 도시된 그래프의 x축은 시간, y축은 분산 전원에서의 주파수 변화율이며, 도시된 바와 같이 해당 분산 전원(100)에서의 주파수 변화율이 1.5hz/s가 넘는 현상이 I1로 한 번 발생하였으며, 그에 해당하는 초과시간 △t1는 300ms이다. 이 경우 아일랜딩 검지 장치(900)는 주파수 변화율이 문턱값을 넘는 시간이 일정 시간 이상인 I1에 대하여 아일랜딩 현상 발생을 검지하게 된다.

이와 같은 아일랜딩 현상 판정은 위와 같이 분산 전원(100) 측에 설치된 PMU 장치(300)만으로도 검지 가능하나, 더 신뢰성 있는 검지를 위하여 주 전원(200) 측에 설치된 PMU 장치(300)를 이용할 수도 있다.

자세하게는, 상기 분산 전원(100)에서의 주파수 변화율와 상기 주 전원(200)에서의 주파수 변화율을 계산하고, 각각에 대하여 문턱값을 초과하는지 여부와 지속시간 산정을 통해, 주 전원(200)과 분산 전원(100)에서의 주파수 변화 현상을 검지한 후, 이를 상호 비교함으로써 더 신뢰성 있는 아일랜딩 검지를 가능하게 할 수 있다.

일례로 주 전원(200)에서의 주파수 변화율이 문턱값 이상으로 검지되고, 분산 전원(100)에서의 주파수 변화율도 문턱값 이상으로 검지되며, 각 초과 시간이 일정 시간 이상인 경우 아일랜딩 현상으로 판정할 수 있다.

도 3에는 도시되지 않았지만, 아일랜딩 검지 장치는 전송부를 더 포함할 수 있으며, 전송부는 아일랜딩 현상이 판정되면, 판정 결과를 기 설정된 관리자 단말로 전송함으로써, 아일랜딩 현상의 발생 여부를 관리자에게 알릴 수 있다.

위와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100 : 분산전원
200 : 주전원
300 : PMU(Phasor Measurement Unit) 장치
400 : 아일랜딩 검지 장치
10 : 차단기

Claims (9)

1. 아일랜딩 검지 시스템에 의한 주 전원을 포함하는 마이크로그리드 내의 아일랜딩 현상 검지 방법에 있어서,
   분산 전원에서의 전압에 관한 단위시간당 주파수 정보를 복수의 분산 전원들에 설치된 복수의 PMU 장치를 통해 수집하는 단계;
   주 전원에서의 전압에 관한 단위시간당 주파수 정보를 주 전원에 설치된 PMU 장치를 통해 수집하는 단계;
   상기 주 전원 및 분산 전원 각각에 대해, 수집한 주파수 정보를 통해 경과된 시간을 기준으로 가장 오래된 주파수를 빼고 새로운 주파수를 추가하여 구한 평균인 주파수 변화율을 계산하는 단계;
   상기 주 전원 및 분산 전원의 주파수 변화율 각각이 문턱값을 초과하는 경우, 초과 시간을 산정하는 단계; 및
   상기 산정한 초과 시간이 일정 시간 이상인 경우 아일랜딩 현상으로 판정하는 단계를 포함하여, 주파수 이동 평균값의 기준시간, 문턱값, 초과 시간 및 일정 시간은 사용자가 설정가능하고, 상기 분산전원은 상호 시간적으로 동기화되어 있는 복수의 PMU 정보를 이용하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드 아일랜딩 검지 방법.
   
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6. 마이크로그리드에 포함된 복수의 분산 전원들에 설치되어, 전압에 대한 단위 시간 당 주파수를 측정하는 복수의 PMU 장치;
   상기 마이크로그리드에 포함된 주 전원에 설치되어 시간당 주파수를 측정하는 PMU 장치; 및
   상기 주 전원에 설치된 PMU와 복수의 분산전원들에 설치된 복수의 PMU 장치로부터 상기 단위 시간 당 주파수를 전달받는
   상기 PMU 장치들과 양방향으로 통신 가능한 통신부;
   상기 통신을 통하여 상기 PMU 장치들로부터 주 전원 및 분산전원 각각에 대해 단위 시간당 주파수 정보를 수집하는 수집부;,
   상기 전달받은 단위 시간당 주파수 정보를 바탕으로 경과된 시간을 기준으로 가장 오래된 주파수를 빼고 새로운 주파수와 사용자가 설정한 주파수 이동의 평균값의 기준시간을 이용하여 구한 주파수 평균값을 통해 주파수 변화를 측정하여, 상기 변화와 문턱값을 비교하여 상기 단위 시간당 주파수 변화가 문턱값을 초과하는 경우 해당 초과 시간을 산정하며, 상기 산정한 초과시간이 일정 시간 이상인 경우 아일랜딩 현상을 판정하는 판단부;
   상기 판정 정보를 기록하는 기록부; 및
   상기 판정정보를 관리자 단말기로 전송하는 전송부;
   를 포함하는 아일랜딩 검지 장치; 를 포함하고,
   상기 아일랜딩 검지 장치는 상기 측정된 단위 시간 당 주파수를 바탕으로 상기 주 전원 및 분산전원의 주파수 변화율을 구하고, 상기 주 전원 및 분산전원 각각의 주파수 변화율이 문턱값을 초과하는 경우 해당 초과 시간을 산정하며, 상기 산정한 초과시간이 일정 시간 이상인 경우 아일랜딩 현상을 판정하는 것을 포함하여 상기 복수의 분산전원은 상호 시간적으로 동기화되어 있는 복수의 PMU 정보를 이용하고,
   상기 아일랜딩 검지 장치는 상기 PMU 장치와 c37.118 또는 IEC 61850 통신 프로토콜을 사용하여 양방향 통신하는 것을 특징으로 하는 마이크로그리드에서의 아일랜딩 검지 시스템.
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