KR20150041517A - A micro smart grid simulator utilizing mems technology and its simulating method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 MEMS 기술을 활용한 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터 및 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3상 380V의 실제 송배전 전원을 1/10 ~ 1/40로 강압한 전기레벨 하에서 기존의 스마트 그리드를 구성하는 전기기기들 대신에 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 활용하여 동등한 특성을 가진 소형의 마이크로 전기기기들을 모델링하여 획기적으로 축소된 공간범위 내에서 스마트 그리드 특성을 실현함으로써, 다양한 조건의 인공고장 이벤트를 발생시켜 신속하고 안전하게 스마트 그리드를 시험 및 관측할 수 있도록 하는 시뮬레이터와 그 시뮬레이션 방법을 제공하는 것이다.The present invention relates to a micro smart grid simulator and a simulation method using MEMS technology, and more particularly, to a micro smart grid simulator and a simulation method using MEMS technology. More particularly, (Microelectromechanical system) technology instead of electric devices, it is possible to realize smart grid characteristics within a remarkably reduced spatial range by modeling small microelectronic devices having equivalent characteristics, And to test and observe the smart grid quickly and safely, and a simulation method therefor.
최근 배전계통은 지구 온난화에 대비하여 그린 에너지 실현을 위한 새로운 기술적 패러다임에 직면하고 있다. 즉, 배전계통에 풍력, 태양광 발전 등 대체 에너지원을 도입하고, 양방향 통신을 통한 전력 사용량 절감 방안을 적용하며, 전기 자동차의 전기에너지 공급 설비 구축 등을 통해 이산화탄소 배출량을 줄여 친환경 에너지 산업으로 탈바꿈하기 위한 방안으로 스마트 그리드가 적극 도입되고 있는 실정이다.Recently, the power distribution system faces a new technical paradigm for realizing green energy in response to global warming. In other words, we will introduce alternative energy sources such as wind power and photovoltaic power generation to the power distribution system, apply electricity reduction plan through bi-directional communication, and build electric energy supply facilities for electric vehicles. Smart Grid is actively being introduced as a way to do this.
특히, 마이크로 스마트 그리드의 핵심인 분산형 발전 능력은 앞으로 꾸준히 성장할 것으로 예측되며, 마이크로 스마트 그리드가 구축, 보편화 되면 개인 발전소도 가능해지며 수백㎾의 소규모 발전소 및 분산 전원도 전력 계통에 연계해 전력 수급의 안정화 및 유연성을 갖게 될 것으로 보인다. 곳곳에 크고 작은 다양한 에너지원의 발전소를 만나게 될 것이다. 마이크로 스마트 그리드 시스템은 기존의 광역 전력 시스템으로부터 독립된 분산 전원을 중심으로 한 국소의 전력 공급 시스템으로, 기존 전력 시스템과 상호 보완적인 운용이 가능하여, 기존의 전력 시스템은 발전소에서 생산된 전기를 소비자에게 전달하는 Top down 방식의 일방적 구성이라면 마이크로 스마트 그리드는 쌍방향 송배전을 바탕으로 다수의 프로슈머가 전력 생산에 참여하므로, 안정적인 전기 공급 및 신 재생에너지의 효율적인 이용이 가능하다.In particular, the distributed power generation capacity, which is the core of the micro smart grid, is expected to grow steadily in the future. As the micro smart grid is constructed and popularized, individual power generation facilities become possible. Small power plants and distributed power sources of several hundreds of kW are also connected to the power grid. Stabilization and flexibility. There will be power plants of various energy sources, large and small, in many places. The micro-grid grid system is a local power supply system centered on a distributed power source independent of the existing wide-area power system, and can be complemented with the existing power system. If the top-down method is one-sided, the micro smart grid will be able to supply stable electricity and use renewable energy efficiently because many prosumers participate in power generation based on interactive transmission and distribution.
마이크로 스마트 그리드는 분산전원 도입으로 인해 수지상 구조 또는 루프 구조의 선로들이 혼합된 형태의 구조를 가지며, 기존 배전 자동화 시스템과는 달리 디지털 광 통신 네트워크, 무선 네트워크, 센서 네트워크 또는 이들의 조합을 기반으로 양방향 고속 통신이 가능하도록 하여야 한다. 분산전원이 계통에 도입되면 분산전원의 타입 및 설치위치와 부하의 타입에 따라 상이한 고장특성을 보이기 때문에 기존 보호기기(차단기, 개폐기 등) 들을 스마트 그리드에 직접 적용할 수 없는 문제가 있다. 즉, 기존의 보호 기기들을 스마트 그리드 환경에 직접 적용한다면 기존의 수지상 구조를 가지는 배전계통에서는 경험할 수 없었던 역 조류를 경험하거나, 오동작할 수 있기 때문에 심각한 사고파급효과를 야기할 수 있다. 따라서 스마트 그리드의 실현을 위해서는 무엇보다도 분산전원이 계통에 미치는 영향과 양방향 고속 통신 환경이 고장파급효과를 최소화하거나 계통 운영을 최적화하기 위해 활용될 수 있는 방법론 등이 새로이 연구되어야 한다.The micro-smart grid has a structure in which dendritic or looped lines are mixed due to the introduction of distributed power. Unlike existing distribution automation systems, micro-smart grid is a two-way communication system based on digital optical communication network, wireless network, sensor network, High-speed communication should be possible. When the distributed power is introduced into the grid, different fault characteristics are shown depending on the type of distributed power source, installation location and type of load. Therefore, there is a problem that existing protective devices (circuit breaker, switchgear, etc.) can not be directly applied to the smart grid. In other words, if the existing protection devices are directly applied to the smart grid environment, it can cause a serious accident spillover effect because it can experience a countercurrent that could not be experienced in a distribution system having a conventional dendritic structure, or malfunction. Therefore, for the realization of smart grid, the influence of distributed power source on the system and the methodology in which the two-way high-speed communication environment can minimize the ripple effect or optimize the grid operation should be newly investigated.
이러한 문제를 해결하기 위해서 다양한 방법론 등이 제시되고 있는데, 대표적으로 ATP(Alternative Transients Program)/EMTP((Electromagnetic Transients Program) 모델 기반 연구와 실증시험장 기반 연구 등 2개로 분류할 수 있다.In order to solve these problems, various methodologies are suggested. For example, it can be classified into two types: research based on ATP (Alternative Transients Program) / EMTP (Electromagnetic Transients Program) model and research based on empirical test site.
먼저, ATP/EMTP 모델링을 기반으로 한 시뮬레이션 연구에서는 배전계통, 분산전원(태양광 발전기, 풍력발전기, 조력 발전기 등)을 각각 모델링한 후, 발전기와 배전계통 간 연계운전을 모의함으로써 스마트 그리드를 구성하고, 다양한 위치에서 다양한 고장을 모의하여 스마트 보호기기의 운전전략 수립을 위한 기초 데이터를 제공한다. 이 방법은 스마트 그리드 구성을 비교적 자유롭고 쉽게 구성할 수 있고 검증된 이론적 해석 능력을 기반으로 다양한 고장 경우 해석이 가능하다는 점 등 장점을 가지는 반면에, 모델링에서 고려되지 않은 전기적 현상의 해석이 어렵고 스마트 그리드의 핵심 기능인 양방향 통신 연구가 불가능하기 때문에 스마트 그리드 연구에 부적합하다.First, the simulation study based on ATP / EMTP modeling modeled the distribution system, distributed power generation (solar power generator, wind power generator, tidal power generator, etc.), and then constructed the smart grid by simulating the linkage operation between the generator and distribution system. And provides basic data for establishing the operation strategy of the smart protection device by simulating various faults at various locations. This method has advantages such as easy configuration of the smart grid and easy analysis of various faults based on proven theoretical analysis ability. On the other hand, it is difficult to interpret the electric phenomenon not considered in modeling, It is not suitable for smart grid research because it is impossible to conduct a bi-directional communication research.
반면에, 실증 시험장 연구는 22.9 kV 배전전압레벨에서 직접 고장현상을 관찰하는 것이 가능하고 양방향 통신 시험이 가능하다는 장점을 가진다. 하지만 실증 시험장 건설에는 상당한 경제적, 공간적 비용이 요구되며 계통 구성이 소규모로 제한되고 시험이 실증시험장소의 환경으로 제한되기 때문에 스마트 그리드의 다양한 이벤트 사례들에 대한 시험 연구가 어렵다. 또한, 실 전압 레벨이기 때문에 실험을 준비, 진행하는데 상당한 시간적 비용이 요구되며 위험이 따를 수 있다. 이 문제는 현실적으로 많은 배전 공학자들의 접근성을 어렵게 하고 이로 인해 스마트 그리드 운전전략에 대한 연구를 매우 어렵게 하고 있다.On the other hand, the demonstration site study has the advantage that it is possible to observe the direct fault phenomenon at the 22.9 kV distribution voltage level and enable bidirectional communication test. However, it is difficult to test various cases of Smart Grid events because the construction of the demonstration site requires considerable economic and spatial cost, the system configuration is limited to a small scale, and the test is limited to the environment of the test site. In addition, because of the real voltage level, it takes considerable time to prepare and carry out the experiment, and the risk may follow. This problem makes the accessibility of many distribution engineers difficult, which makes studying smart grid operation strategy very difficult.
따라서 본 발명에서는 전기레벨을 낮춤으로써 최소의 경제적, 공간적 비용 하에서 ATP/EMTP 모델링 방법처럼 스마트 그리드 시스템의 구성요소들을 쉽고 자유롭게 조립, 즉 설치 혹은 제거하여 다양한 스마트 그리드 구성이 가능하도록 하며, 다양한 이벤트들을 신속하고 자유롭게 실험, 관측, 측정 또는 이들의 조합을 할 수 있는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터를 개발하는 것을 목표로 한다.Therefore, in the present invention, it is possible to easily and freely assemble (i.e., install or remove) components of a Smart Grid system such as ATP / EMTP modeling method at a minimum economic and spatial cost by lowering the electric level, thereby enabling various smart grid configurations, The goal is to develop a micro smart grid simulator that can quickly, freely experiment, observe, measure, or combine them.
종래기술로서, 한국공개특허공보 제2008-0034530호(2008.04.22.)는 분산발전 시스템이 배전계통의 일정 지역의 부하를 감당할 만큼 충분히 보급된 상태를 전제로 이들을 통합적으로 제어하고 운영하는 새로운 배전망의 형태인 마이크로 그리드에 있어서 마이크로 그리드의 단독 운전 상황을 검출하기 위한 마이크로 그리드용 단독 운전 검출 방법 및 그 장치가 개시되어 있다. 구체적으로 이 장치는 전력망에 차단기를 통해 연결되는 마이크로 그리드 및 상기 마이크로 그리드를 전력망과 연계하여 통합 관리하는 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템에 관한 것이다. 본 종래기술은 상기 차단기를 흐르는 전류 검출하기 위한 전류 검출기, 상기 차단기의 양단 전압을 검출하기 위한 전압 검출기, 상기 전류 및 전압 검출기로부터의 전류 검출 신호 및 전압 검출 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 AD 변환 회로, 상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템과 통신 가능하게 연결되고, 상기 마이크로 그리드 에너지 관리 시스템으로부터의 단독 운전 검출 개시 신호를 수신하는 경우, 상기 AD 변환 회로로부터의 전압 및 전류 검출 디지털 신호들을 기초로 상기 마이크로 그리드의 단독 운전을 검출하기 위한 신호 처리 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.As a related art, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2008-0034530 (Apr. 22, 2008) discloses a new ship which integrally controls and operates the distributed power generation system, assuming that the distributed power generation system is sufficiently supplied to cover a load of a certain area of the power distribution system A single operation detection method and apparatus for a micro grid for detecting a single operation state of a micro grid in a micro grid, which is a form of a view, is disclosed. Specifically, the apparatus relates to a micro grid, which is connected to a power grid through a circuit breaker, and a micro grid energy management system that integrally manages the micro grid in connection with a power grid. The conventional technique includes a current detector for detecting a current flowing through the circuit breaker, a voltage detector for detecting a voltage across the circuit breaker, a current detection signal from the current and voltage detector, and an A / Circuit, a micro-grid energy management system, communicatively coupled to the micro-grid energy management system, the micro-grid energy management system comprising: And a signal processing processor for detecting a single operation of the grid.
그러나 이 종래기술에는 본원 발명과 같이 스마트 그리드 구성요소와 배선을 커넥터로 연결하여 가변적이고 다양한 형태의 스마트 그리드 시뮬레이션 환경을 제공하는 기술에 대해서는 기재된 바가 없다.However, this prior art does not disclose a technique for providing a variety of smart grid simulation environments by connecting smart grid components and wires with connectors as in the present invention.
결과적으로 본 발명의 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터를 이용하면, 사용자가 원하는 임의의 스마트 그리드 구조를 자유롭게 구성하는 것이 가능하고, 상기 구성된 스마트 그리드 구조에서 다양한 고장 이벤트를 발생할 수 있도록 할 수 있어, 실제 스마트 그리드 구조에서 생길 수 있는 다양한 사고 상황을 미리 예측할 수 있으며, 실제 사고 상황에 효율적으로 대처할 수 있는 행동 지침을 마련할 수 있다.As a result, by using the micro smart grid simulator of the present invention, it is possible to freely configure any smart grid structure desired by the user and to be able to generate various fault events in the configured smart grid structure, It is possible to anticipate various types of accident situations that may occur and to prepare action guidelines that can effectively cope with actual accident situations.
본 발명은 3상 380V의 실제 송배전 전원을 1/10 ~ 1/40로 전기레벨을 낮춤으로써 경제적이고 공간적으로 저렴한 비용 하에서 스마트 그리드 시스템의 구성요소들을 쉽고 자유롭게 설치하거나 제거하여 다양한 스마트 그리드 구성이 가능한 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터와 시뮬레이션 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention can easily and freely install or remove the components of the Smart Grid system economically and spatially at a low cost by lowering the electrical level of the 3-phase 380V actual transmission and distribution power to 1/10 to 1/40, And to provide a micro smart grid simulator and a simulation method.
또한 본 발명은 기존의 스마트 그리드를 구성하는 전기기기들 대신에 MEMS 기술을 활용하여 동등한 특성을 가진 소형의 마이크로 전기기기들을 모델링하여 획기적으로 축소된 공간범위 내에서 스마트 그리드 특성을 실현하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터와 시뮬레이션 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is also applicable to a micro smart grid which realizes smart grid characteristics within a significantly reduced spatial range by modeling small microelectronic devices having equivalent characteristics by utilizing MEMS technology instead of electric devices constituting an existing smart grid Simulator, and simulation method.
또한 본 발명은 MEMS 기술을 활용한 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터 하에서 다양한 조건의 인공고장 이벤트를 발생시켜 신속하고 안전하게 스마트 그리드를 시험 및 관측할 수 있도록 하는 방법과 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a method and apparatus for rapidly and safely testing and observing a smart grid by generating artificial failure events under various conditions under a micro smart grid simulator utilizing MEMS technology.
또한 본 발명은 다양한 이벤트들을 신속하고 자유롭게 실험하거나 관측할 수 있는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터와 시뮬레이션 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a micro smart grid simulator and a simulation method capable of quickly and freely experimenting or observing various events.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터는, 적어도 하나 이상의 차단기, 적어도 하나 이상의 개폐기 또는 이들의 조합을 포함하는 스마트 보호기기, 스마트 홈 미터, 분산전원요소, 인공고장 발생기, 가변선로정수를 가지는 선로요소, 가변부하를 가지는 부하요소 또는 이들의 조합을 포함하는 적어도 하나 이상의 스마트 그리드 시뮬레이터 구성요소; 스마트 그리드 시뮬레이터의 각 구성요소를 연결하는 적어도 하나 이상의 전선; 및 상기 적어도 하나 이상의 스마트 그리드 시뮬레이터 구성요소를 상기 전선으로 조립식으로 자유롭게 추가하거나 삭제함으로써 자유로운 스마트 그리드 시뮬레이션 환경을 구축할 수 있도록 하는 적어도 하나 이상의 커넥터;를 포함하며, 상기 스마트 그리드 구성요소는 MEMS 기술을 이용하여 실제 구성요소와 실질적으로 동등한 특성을 기지도록 제작되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터는, 기본 전원인 3상 380V로 부터 1/10~1/40의 범위 내에서 안전 레벨로 강하된 전압을 스마트 그리드 시뮬레이터로 입력받기 위한 강압 변압기; 상기 변압기의 전위에 설치되는 전위 차단기; 및 상기 변압기의 후위에 설치되는 후위 차단기;를 더 포함하고, 상기 전위 차단기는 인공고장 발생 시 1F(순시) 1D(지연)의 재투입 동작을 통해 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터를 전기적으로 보호함은 물론, 스마트 보호기기의 자율적 고장 분리를 시험할 수 있도록 하며, 후위 차단기는 상기 강압 변압기의 고장은 물론, 상기 전위 차단기 고장 차단 실패 시 고장을 차단하기 위해 설치되며, 상기 강압 변압기는 인공고장 발생 시에 흐르게 되는 고장전류에 충분히 견딜 수 있고, Y-Y 결선방식으로 하여 지락고장 시험이 가능하며, 상기 분산전원요소는 태양광 발전기, 풍력 발전기, 조력 발전기, 화력 발전기, 원자력 발전기, 조력 발전기 또는 이들의 조합을 포함하며, 상기 분산전원들은 계통 연계 운전이 가능하고, 상기 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터는, 관리제어용 컴퓨터를 더 포함하며, 상기 관리제어용 컴퓨터, 상기 적어도 하나 이상의 스마트 그리드 시뮬레이터 구성요소 각각은 서로 양방향 통신이 가능하도록 유무선 통신능력을 구비하며, 디지털 통신 네트워크로 상호 연결되고, 상기 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터는, 아스팔트, 모래, 흙, 나무, 시멘트 또는 이들의 조합을 포함하는 복수의 토지특성을 가지는 구간 또는 선로단위의 블록을 통해 그라운드를 구성할 수 있도록 함으로써, 저 임피던스 고장 (LIF) 및 고 임피던스 고장 (HIF) 시험이 가능하며, 선로 구간을 구성하는 각 전선은 각 상별로 고장전류에 충분히 견딜 수 있는 굵기를 가지도록 조작할 수 있고, 상기 커넥터를 이용하여 자유로운 마이크로 스마트 그리드 선로구성이 가능하도록 일정한 길이의 경동성 단선조각을 포함하며, 상기 선로정수는 가변 선로정수로 하여 저항 R과 인덕턴스 L의 크기를 조절하고, 임의의 길이의 선로가 모의될 수 있으며, 상기 선로구간 부하는 저항 R과 인덕턴스 L의 크기를 조절하고, 상기 부하는 크기를 자유롭게 가변할 수 있는 가변부하나 일정한 크기의 부하인 것을 특징하고, 상기 인공고장 발생기를 이용하여 상기 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터 상의 임의의 위치에서 3상 단락, 2상 단락, 1선 지락 고장 또는 이들의 조합을 포함한 적어도 하나 이상의 시험이 가능하며, 관리제어용 컴퓨터를 이용하여 보호 기기들로부터 전압, 전류 또는 이들의 조합을 포함한 고장정보를 수집하는 것을 특징으로 한다.A micro smart grid simulator according to an embodiment of the present invention includes a smart protection device including at least one breaker, at least one switch, or a combination thereof, a smart home meter, a distributed power supply element, an artifact generator, At least one smart grid simulator component comprising a load element having a variable load, a load element having a variable load, or a combination thereof; At least one wire connecting each component of the smart grid simulator; And at least one connector for enabling the creation of a free smart grid simulation environment by freely adding or deleting the at least one smart grid simulator component in assembly fashion with the wire, And is fabricated so as to have substantially the same characteristics as those of actual components. The micro-smart grid simulator includes a step-down transformer for receiving a voltage dropped to a safety level within a range of 1 / 10th to 1 / 40th from a 3-phase 380V, which is a basic power source, to a smart grid simulator; A potential breaker installed at a potential of the transformer; And a rear circuit breaker disposed behind the transformer, wherein the disconnection circuit breaker electrically protects the micro smart grid simulator through re-input operation of 1F (instantaneous) 1D (delay) when an artificial fault occurs, The protection circuit is provided to prevent the failure of the voltage transformer in failure of the voltage transformer, and the voltage transformer is allowed to flow when an artificial failure occurs And the ground fault test can be performed using the YY wiring method. The distributed power source element includes a solar power generator, a wind power generator, a tidal generator, a thermal power generator, a nuclear power generator, a tidal generator or a combination thereof The distributed power sources are capable of grid-connected operation, and the micro-smart grid simulator The management control computer according to
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 마이크로 스마트 그리드의 시뮬레이션 방법은, MEMS 기술을 이용하여 스마트 그리드 구성요소와 실질적으로 동등한 특성을 가지도록 제작된 적어도 하나 이상의 스마트 그리드 시뮬레이터 구성요소를 적어도 하나 이상의 전선과 적어도 하나 이상의 커넥터를 이용하여 조립식으로 자유롭게 추가하거나 삭제함으로써 자유로운 스마트 그리드 시뮬레이션 환경을 구축하는 단계; 강압 변압기를 이용하여 기본 전원인 3상 380V로부터 1/10~1/40의 범위 내에서 안전 레벨로 강하된 전압을 상기 구축된 스마트 그리드 시뮬레이터로 입력하는 단계; 관리제어용 컴퓨터와 상기 적어도 하나 이상의 스마트 그리드 시뮬레이터 구성요소 각각이 서로 양방향 통신이 가능하도록 유무선 통신능력을 구비하여 디지털 통신 네트워크로 상호 연결되는 단계; 인공고장 발생기를 이용하여 상기 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터상의 임의의 위치에서 3상 단락, 2상 단락, 1선 지락 고장 또는 이들의 조합을 포함한 적어도 하나 이상의 시험을 수행하는 단계; 및 상기 관리제어용 컴퓨터를 이용하여 보호 기기들로부터 전압, 전류 또는 이들의 조합을 포함한 고장정보를 수집하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 변압기의 전위 및 후위에 각각 전위 차단기 및 후위 차단기를 설치하고, 상기 전위 차단기는 인공고장 발생 시 1F(순시) 1D(지연)의 재투입 동작을 통해 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터를 전기적으로 보호함은 물론, 스마트 보호기기의 자율적 고장 분리를 시험할 수 있도록 하며, 후위 차단기는 상기 강압 변압기의 고장은 물론, 상기 전위 차단기 고장 차단 실패 시 고장을 차단하기 위해 설치되며, 상기 강압 변압기는 인공고장 발생 시에 흐르게 되는 고장전류에 충분히 견딜 수 있고, Y-Y 결선방식으로 하여 지락고장 시험이 가능하며, 상기 마이크로 스마트 그리드의 시뮬레이션 방법은, 태양광 발전기, 풍력 발전기, 조력 발전기, 화력 발전기, 원자력 발전기, 조력 발전기, 에너지 하베스팅을 이용한 발전기 또는 이들의 조합을 포함한 분산전원들에 대해서 계통 연계 운전을 수행하는 단계;를 더 포함하고, 아스팔트, 모래, 흙, 나무, 시멘트 또는 이들의 조합을 포함하는 복수의 토지특성을 가지는 구간 또는 선로단위의 블록을 통해 그라운드를 구성할 수 있도록 함으로써, 저 임피던스 고장(LIF) 및 고 임피던스 고장(HIF) 시험을 수행하는 단계;를 더 포함하며, 선로 구간을 구성하는 각 전선은 각 상별로 고장전류에 충분히 견딜 수 있는 굵기를 가지도록 조작할 수 있고, 상기 커넥터를 이용하여 자유로운 마이크로 스마트 그리드 선로구성이 가능하도록 일정한 길이의 경동성 단선조각을 포함하며, 상기 선로정수는 가변 선로정수로 하여 저항 R과 인덕턴스 L의 크기를 조절하고, 임의의 길이의 선로가 모의될 수 있으며, 상기 선로구간 부하는 저항 R과 인덕턴스 L의 크기를 조절하고, 상기 부하는 크기를 자유롭게 가변할 수 있는 가변부하나 일정한 크기의 부하인 것을 특징으로 한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of simulating a micro smart grid, including at least one smart grid simulator component having at least one smart grid simulator component manufactured to have substantially the same characteristics as a smart grid component using MEMS technology Building a free smart grid simulation environment by freely adding or deleting the wires and the at least one connector freely; Using a step-down transformer, inputting a voltage dropped to a safety level within a range of 3 / 380V to 1 / 10-1 / 40, which is a basic power source, to the built-in smart grid simulator; Comprising the steps of: interconnecting a computer for management control with a digital communication network having wired / wireless communication capability so that each of the at least one or more smart grid simulator components can communicate with each other bidirectionally; Performing at least one test including a three-phase short circuit, a two-phase short circuit, a one-line ground fault, or a combination thereof at an arbitrary position on the micro smart grid simulator using an artificial fault generator; And collecting fault information including voltage, current, or a combination thereof from the protective devices using the management control computer. In addition, a potential interrupter and a rear interrupter are respectively provided at the potential and the rear of the transformer, and the potential interrupter electrically protects the micro-smart grid simulator through re-charging operation of 1F (instantaneous) and 1D And the faulty breaker of the smart protection device can be tested, and the rear circuit breaker is installed not only to break down the transformer, but also to prevent the fault when the fault breaker fails to shut down. And the ground fault test can be performed using the YY wiring method. The simulation method of the micro smart grid can be applied to a solar power generator, a wind power generator, a tidal generator, a thermal power generator, a nuclear power generator, Generators, generators using energy harvesting or a combination of these The method according to
본 발명은 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터와 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 3상 380V의 실제 송배전 전원을 1/10 ~ 1/40로 전기레벨을 낮추고, 기존의 스마트 그리드를 구성하는 전기기기들 대신에 MEMS 기술을 활용하여 동등한 특성을 가진 소형의 마이크로 전기기기들을 모델링하여 획기적으로 축소된 공간범위 내에서 스마트 그리드 특성을 실현함으로써, 스마트 그리드 시스템의 구성요소들을 쉽고 자유롭게 설치하거나 제거하여 다양한 스마트 그리드의 구성이 가능하고 또한 경제적이고 공간적으로 비용이 저렴하게 드는 효과가 있다.The present invention relates to a micro-smart grid simulator and a simulation method. The micro-smart grid simulator and the simulation method reduce electric power of the 3-phase 380V actual transmission / distribution power source to 1/10 to 1/40 and replace the electric devices constituting the existing smart grid with MEMS technology The Smart Grid system can be easily and freely installed or removed by realizing Smart Grid characteristics within a significantly reduced spatial range by modeling small size microelectronic devices with equivalent characteristics. In addition, there is an economical and spatial cost effective effect.
도 1은 본 발명의 마이크로 스마트 그리드 시스템의 모델이 되는 스마트 그리스 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터를 활용한 시뮬레이션 흐름도.1 is a block diagram of a smart grease system that is a model of the micro smart grid system of the present invention.
2 is a configuration diagram of a micro smart grid simulator according to an embodiment of the present invention;
3 is a flowchart of a simulation using a micro smart grid simulator according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터 및 그 시뮬레이션 방법의 일 실시예에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, an embodiment of a micro smart grid simulator and a simulation method thereof according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 마이크로 스마트 그리드 시스템의 모델이 되는 스마트 그리스 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a smart grease system which is a model of the micro smart grid system of the present invention.
최근 큰 관심을 받고 있는 스마트 그리드는 기존 전력시스템에 디지털 정보망, 분산전원 그리고 스마트 홈이 결합된 형태로, 전력공급자와 사용자간, 양방향 통신을 통해 에너지 비용을 절감할 수 있음은 물론, 보호기기 간의 양방향 통신, 보호기기와 수용가의 스마트 미터 간 통신을 통해 고장정보를 자유롭게 서로 교환하는 것을 가능하게 한다.The Smart Grid, which has been receiving great attention recently, combines the existing power system with the digital information network, the distributed power source, and the smart home. It can reduce the energy cost through the two-way communication between the power supplier and the user, Two-way communication, and communication between the smart meters of the protection device and the customer.
여기서 디지털 정보망은 유선망, 무선망, 센서망 또는 이들의 조합을 활용하여 스마트 그리드의 구성요소들 사이에 존재하는 각종 정보(측정, 계측, 고장, 사용량 등에 대한 정보)를 서로 주고받을 수 있도록 하는 것이며, 각 그리드의 구성요소들로부터 수집된 정보는 그리드의 규모에 따라 각 그리드를 제어하는 로컬 관제서버에 전달되고, 또한 각 로컬 관제서버에서 수집된 정보는 다시 중앙관제서버로 전달되어 총괄적으로 관리될 수 있도록 구성하는 것이 가능하도록 광통신을 포함한 초고속 유무선 통신 네트워크를 포함한 디지털 정보망으로 통해서 스마트 그리드의 각 구성요소들의 상호 정보를 주고받는다.Here, the digital information network utilizes a wired network, a wireless network, a sensor network, or a combination thereof to allow various kinds of information (measurement, measurement, failure, usage information, etc.) , The information collected from the components of each grid is transmitted to the local control server that controls each grid according to the size of the grid, and the information collected from each local control server is transmitted to the central control server again to be managed collectively To communicate with each other through the digital information network including the high-speed wired / wireless communication network including the optical communication.
종래에서 특정 전력공급업자가 전체 수용가에 모든 전력을 공급하는 구조였으나, 최근 전력 수급이 다양화되고 전력을 생산하는 주체가 다양화됨에 따라 대형 전력회사에서 원자력과 수력 혹은 화력 발전소를 건설하여 전력을 송전 및 배전하는 방식에서, 도처에 위치한 분산전원, 즉 소규모의 풍력발전단지, 태양열 발전단지 혹은 조력이나 파력발전 단지로부터 생산된 전력을 기존의 송전 및 배전 시스템과 계통연계를 통해서 상호 결합될 수 있다.In the past, a specific power supplier supplied all electric power to the whole customer. However, as the supply and demand of electric power is diversified and the electric power producing subject becomes diversified, a large electric power company constructs a nuclear power, In the transmission and distribution mode, distributed power sources located everywhere, ie small wind farms, solar power plants, or power generated from tidal or wave power generation complexes, can be interconnected through existing transmission and distribution systems and grid connections .
또한 스마트 그리드에서는 송전 및 배전라인에 설치된 각종 보호기기가 필요하고, 이들 상호간에는 양방향 통신을 통해서 고장정보를 자유롭게 서로 교환하는 것을 가능하여야 한다.In addition, smart grid requires various protective devices installed in power transmission and distribution lines, and it is necessary to be able to freely exchange fault information through two-way communication between them.
이러한 개념 하에서 도 1과 같은 스마트 그리드 시스템의 구성이 모델링될 수 있으며, 도 1은 특히 스마트 그리드 배전 시스템의 구성을 보인 것이다. 도 1에 보인 바와 같이, 스마트 그리드 시스템(100)은 전원(110), 변전소 변압기(120), 배전변압기(130), 차단기(140), 개폐기(150), 배전선로(160), 배전부하(170), 풍력 발전기(180), 태양광 발전기(190), 디지털 네트워크(200) 또는 이들의 조합을 포함하여 구성된다. 참고로 상기 배전부하(170)는 스마트 그리드의 배전선로 상의 부하들을 총칭한 것으로서, 배전부하(170)는 스마트 빌딩, 스마트 홈 및 스마트 미터기 등을 포함하고 있다.Under this concept, the configuration of the Smart Grid system as shown in FIG. 1 can be modeled, and FIG. 1 particularly shows the configuration of the Smart Grid distribution system. 1, the smart grid system 100 includes a power supply 110, a
특히, 도 1은 복잡한 구성을 단순화하기 위해, ●와 ○는 투입 또는 개방된 구간 개폐기를 나타내도록 표시하였다. 선로 시작 위치에서는 고장 전류를 차단하기 위한 차단기가, 반면에 그 외의 지점에서는 고장 구간이나 작업 구간을 분리하기 위한 구간 개폐기가 설치된다. 선로의 시작위치에 차단기 설치하고 차단기에는 전력선과 통신선이 연결되며, 전력선과 통신선이 연결된 각 그리드 구간에는 구간 개폐기(분기 스위치(tie switch) 및 섹션 스위치(section switch))가 연결되어 있다.In particular, in Figure 1, in order to simplify the complicated configuration, & cir & & cir & At the start of the line, a circuit breaker for breaking the fault current is provided, whereas at other points, a break switch for separating the fault section or the working section is provided. A circuit breaker is installed at the start position of the line, a power line and a communication line are connected to the circuit breaker, and a section switch (a tie switch and a section switch) is connected to each grid section where the power line and the communication line are connected.
도 1을 참조하면, 배전 선로의 시작위치에는 고장전류를 차단하기 위한 차단기가 설치되고, 또한 이를 통해서 특정 배전 선로에 전력이 공급되며, 각 배전 선로의 각 지점에 구간 개폐기가 설치되어, 상기 개폐기의 투입 또는 개방 상태에 따라 스마트 그리드의 구조가 형성됨을 알 수 있다. 특정 배전 선로에서 고장 상황이 발생하면 차단기가 작동하게 되고, 구간 개폐기를 작동시키면 고장 상황을 고립시키거나 특정 구간의 전원을 인접 배전 선로로부터 공급받거나 아니면 분산전원을 통해서 공급받게 제어할 수 있다. 이는 디지털 통신 기능을 구비한 차단기와 개폐기를 통해서 제어된다. 아울러 상기 개폐기를 제어하여 특정 스마트 그리드 구간에 분산전원을 공급하도록 제어하는 것도 가능하다.Referring to FIG. 1, a breaker for blocking a fault current is installed at a start position of a distribution line, electric power is supplied to a specific distribution line through the branch circuit, interval switches are provided at respective points of the distribution lines, It can be seen that the structure of the smart grid is formed according to the input or open state of the smart grid. If a fault occurs in a specific power distribution line, the circuit breaker is activated. If the power switch is operated, it is possible to isolate the fault situation or to control the power of the specific section to be supplied from the adjacent power distribution line or distributed power. It is controlled through circuit breakers and switches with digital communication function. It is also possible to control the switch to supply distributed power to a specific Smart Grid section.
3상 4선식 다중접지 방식의 경우, 지락사고 시 중성선에 흐르는 지락전류가 단락전류보다 클 수 있는 문제가 생긴다. 이와 같은 지락사고를 변전소의 차단기와 배전선로에 설치된 재폐로계전기(RECLOSER)와 협조하여 고장 구간만을 신속, 정확하게 차단 혹은 개방하여 고장의 확대를 방지하고 피해를 최소화시키기 위하여 사고구간을 자동 분리하고 그 사고의 파급확대를 방지하기 위하여 피해를 최소한으로 억제하기 위한 개폐기로 공급변전소 차단기(CB) 및 재폐로계전기와 협조하여 사고발생시 고장구간을 자동 분리하는 자동고장구간 개폐기가 필요하다.In the case of a three-phase four-wire multiple-ground system, a ground fault current flowing in the neutral line in a ground fault may be larger than the short-circuit current. In order to minimize the damage and to prevent the expansion of faults by automatically shutting off or opening the fault section only in cooperation with the RECLOSER installed in the circuit breaker of the substation and the distribution line, In order to prevent the spread of accidents, it is necessary to provide an automatic fault break switch that automatically isolates the fault section in cooperation with the substation breaker (CB) and the recloser relay.
변전소 변압기(120)로부터 송전선을 통해서 수용가에 도달하면, 다시 배전 변압기(130)를 통해서 수용가로 전기가 공급되며, 이때 각 배전선로의 시작 위치에 고장전류를 차단하기 위한 차단기(140)가 설치된다. 각 수용가에서는 예를 들어 공장의 경우, 배전선로의 시작 위치에 설치된 차단기(투입상태(close status))를 통해서 전원이 공급되면, 이 전원은 다시 구간개폐기(투입상태(close status))를 통해서 수용가의 각 구간에 전원이 공급된다. 또한 공장이나 스마트 빌딩, 스마트 홈, 풍력발전과 태양열 발전 단지 등 각 스마트 그리드의 구성요소들에 대한 인입구에서는 통신수단이 병설되어 각 구성요소들의 정보를 서로 교환하도록 작동하게 된다.Upon reaching the customer through the transmission line from the
상기와 같은 스마트 그리드 시스템(100)에서는 수용가의 각 구간에 전원을 공급하는데 있어서, 수용가 각 구간의 도처에 설치되어 있는 분산전원들(풍력 발전기(180), 태양광 발전기(190))을 배전선로(160)와 계통연계 함으로써 만약 변전소에서 송전되는 전원에 이상이 있을 시, 변전소의 전원을 대체하여 상기 분산전원들에서 전원을 수용가의 각 구간에 공급할 수 있다. 또한, 상기 스마트 그리드 시스템(100)은 각 배전부하(스마트 빌딩, 스마트 홈, 공장, 스마트 미터기)(170) 등에서 전기고장이 발생할 경우 각 배전부하(170)의 인입구에 설치되어 있는 차단기(140) 및 개폐기(150)를 이용하여 고장구간을 폐쇄하고 전원공급을 다른 배전선로(160) 라인으로 우회하도록 함으로써 고장구간 외의 구간에 정상적으로 전원을 공급할 수 있도록 할 수도 있다.In the smart grid system 100, the distributed power sources (the
이러한 환경을 실제와 동일하게 구축하기 위해서는 지나치게 많은 비용과 시간이 소요될 것이라는 것은 자명한 일이다. 따라서 가능하면 실제 환경과 유사하게 스마트 그리드 환경을 시뮬레이션 할 수 있는 수단이 필요하며, 이를 위해서 본 발명에서는 이러한 넓고 복잡하며 다양한 종류의 수용가를 포함하는 시뮬레이터를 간단하고 수정이 용이한 구조를 가진 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터로 실현하고자 한다.Obviously, it would take too much time and money to build such an environment. Therefore, if possible, a means for simulating a smart grid environment similar to the actual environment is required. For this purpose, in the present invention, a simulator including such a wide, complex, and various types of customers is called a micro smart We want to realize it with grid simulator.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a micro smart grid simulator according to an embodiment of the present invention.
도 2에서 보인바와 같이 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터는 3상 380V의 1/10 ~ 1/40로 낮춰진 전기레벨 하에서 기존 전기기기들 대신에 MEMS 기술을 기반으로 개발되어 동등한 특성을 보이는 최소 크기의 마이크로 전기 기기들을 채택하여 획기적으로 축소된 공간 범위 내에서 스마트 그리드 특성을 완벽하게 실현함으로써, 다양한 이벤트들을 신속하고 안전하게 시험 및 관측할 수 있는 시뮬레이터이다.As shown in FIG. 2, the micro-smart grid simulator is developed based on MEMS technology instead of conventional electric devices under the electric level lowered from 1/10 to 1/40 of 3-phase 380V, It is a simulator that can quickly and safely test and observe various events by completely realizing Smart Grid characteristics within a significantly reduced spatial range by adopting devices.
도 2를 참조하면, 차단기 및 개폐기를 포함한 스마트 보호기기, 스마트 홈 미터, 분산전원요소, 인공고장 발생기, 가변선로정수를 가지는 선로요소, 가변부하를 가지는 부하요소, 커넥터, 유무선 통신수단 등을 포함하여 특정 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터를 구성할 수 있다. 상기 구성된 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터에서 배전 선로의 시작위치에는 고장전류를 차단하기 위한 차단기가 설치되고, 또한 이를 통해서 특정 배전 선로에 전력이 공급되도록 모의되며, 각 배전 선로의 각 지점에 구간 개폐기를 설치하여, 상기 개폐기의 투입 또는 개방 상태에 따라 마이크로 스마트 그리드의 구조가 자유롭게 변형되어 형성될 수 있음을 알 수 있다. 특정 배전 선로에서 고장 상황이 발생하면 차단기가 작동하게 되고, 구간 개폐기를 작동시키면 고장 상황을 고립시키거나 특정 구간의 전원을 인접 배전 선로로부터 공급받거나 아니면 분산전원을 통해서 공급받을 수 있게 제어할 수 있다. 이러한 고장의 고립과 전원의 우회 공급은 디지털 통신 기능을 구비한 개폐기를 통해서 관리제어용 컴퓨터에서 제어할 수 있다. 아울러 상기 개폐기들을 제어하여 특정 마이크로 스마트 그리드 구간에 분산전원을 공급하도록 제어하는 것도 가능하다. 스마트 홈 미터는 배전 전압관리, 부하관리, 정전관리 또는 이들의 조합 중 적어도 하나 이상의 기능을 가진 것으로, 특히 정전관리 기능의 경우 스마트 보호기기나 관리제어용 컴퓨터의 요청에 따라 전압이나 전류정보를 제공할 수 있도록 하여 스마트 보호기기나 관리제어용 컴퓨터로 하여금 말단 선로구간이나 분기 선로 상에서 발생한 고 임피던스 고장(HIF) 구간을 판별하는 성능 시험이 가능하도록 한다.Referring to FIG. 2, a smart protection device including a breaker and a switch, a smart home meter, a distributed power source element, an artificial fault generator, a line element having a variable line constant, a load element having a variable load, a connector, To configure a specific micro smart grid simulator. In the micro smart grid simulator configured as described above, a breaker for blocking a fault current is installed at a start position of a distribution line, and power is supplied to a specific distribution line through the breaker, and a section switch is installed at each branch of each distribution line The structure of the micro smart grid can be freely deformed according to the state of the opening or closing of the switch. If a fault occurs in a specific distribution line, the breaker is activated, and if the switch is operated, it can be controlled to isolate the fault condition or to supply the power of the specific section from the adjacent distribution line or through the distributed power supply . The isolation of these faults and the bypass supply of the power supply can be controlled by the computer for management control through the switch having the digital communication function. It is also possible to control the switches to supply distributed power to a specific micro smart grid section. The smart home meter has at least one function of distribution voltage management, load management, power failure management, or a combination thereof. In particular, in case of power failure management function, the smart home meter can provide voltage or current information So that a smart protection device or a management control computer can perform a performance test for discriminating a high impedance fault (HIF) section occurring in a terminal line section or a branch line.
도 2에 도시된 본 발명에서 제안하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터는 다음의 특징을 가진다.The micro-smart grid simulator proposed by the present invention shown in Fig. 2 has the following features.
1) 기본 전원인 3상 380V로부터 강압 변압기(211)를 이용하여 1/10~1/40의 범위 내에서 안전 레벨로 강하된 전압을 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터의 입력전압으로 한다. 이때, 강압 변압기(211)의 전위 및 후위에는 각각 전위 차단기(212)와 후위 차단기(213)가 설치된다. 전위 차단기(212)는 다양한 인공고장 발생 시 1F(1회 순시) 1D(1회 지연)의 재투입 동작을 통해 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터를 전기적으로 보호함은 물론, 스마트 보호기기의 자율적 고장 분리 방법론을 시험할 수 있도록 하며, 후위 차단기(213)는 강압 변압기(211)의 고장은 물론 전위차단기(213)의 고장 차단 실패 시 고장을 차단하기 위해 설치된다. 여기서, 강압 변압기(211)는 인공고장 발생 시에 흐르게 되는 고장전류에 충분히 견딜 수 있어야 하며, Y-Y 결선방식으로 하여 지락고장 시험이 가능하도록 한다.1) Using the step-down transformer 211 from the 3-phase 380V, which is the basic power source, the voltage dropped to the safety level within the range of 1/10 to 1/40 is set as the input voltage of the micro smart grid simulator. At this time, a
여기서 순시동작은 고속차단으로 순간고장을 제거하며, 지연동작은 순시동작 시 제거되지 않은 고장을 제거한다. 참고로 재폐로(recloser)는 순시, 지연 동작을 행하고 일정 시간 지연 후 자동적으로 재투입하는 동작을 말하며, 전자식 제어 방식에서는 재폐로 시간을 임의로 조정 가능하다.Here, the instantaneous operation removes the instantaneous fault by the high-speed interruption, and the delay operation eliminates the fault that has not been eliminated in the instantaneous operation. For reference, the recloser refers to an operation that performs an instantaneous, delayed operation and automatically re-enters after a certain time delay. In the electronic control system, the reclosing time can be arbitrarily adjusted.
2) 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터 상의 관리제어용 컴퓨터(220) 및 차단기(231)와 개폐기(232, 233)를 포함하는 스마트 보호기기(230)와 스마트 홈 미터(240)는 자유로운 양방향 통신이 가능하도록 기기별로 유무선 통신능력이 구현되며 디지털 통신 네트워크로 연결된다.2) The
여기서 스마트 홈 미터는 앞에서 설명한 바와 같이 배전전압 관리, 부하 관리, 정전 관리 또는 이들의 조합 중 적어도 하나 이상의 기능을 가진 것으로, 관리제어용 컴퓨터의 요청에 따라 전압이나 전류정보를 제공할 수 있도록 하여 관리제어용 컴퓨터로 하여금 말단 선로구간이나 분기 선로 상의 배전전압 관리, 부하 관리, 정전 관리 또는 이들의 조합을 포함하는 각종 고장이나 각 구간의 상태를 감시, 제어, 관리 또는 이들의 조합에 대한 고장, 성능 또는 이들의 조합에 대한 시험을 가능하도록 한다.As described above, the smart home meter has functions of at least one of distribution voltage management, load management, power failure management, or a combination thereof. The smart home meter can provide voltage or current information at the request of the management control computer, To monitor, control, manage, or combine the various faults or conditions of each section, including distribution voltage management, load management, power failure management, or a combination of these, on a terminal line section or branch line, Of the test results.
특히 관리제어용 컴퓨터(220)는 무선 액세스 포인터를 포함한 무선 및 유선 통신망을 통해서 광대역 통신망에 연결될 수도 있으며, 아울러 마이크로 스마트 그리드 내의 스마트 보호기기와 스마트 홈 미터 및 스마트 그리드 내의 각 구성요소들과 유무선 네트워크로 연결되어, 고장정보, 상태정보, 부하정보를 포함한 각종 정보를 수집하여 스마트 그리드의 구성요소를 제어하는데 활용한다.In particular, the
3) 커넥터(221)를 통해 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터의 모든 구성요소들을 조립식으로 자유롭게 추가하거나 삭제함으로써 자유로운 스마트 그리드 선로의 구성이 가능하도록 한다.3) It is possible to freely construct a smart grid line by freely adding or deleting all components of the micro smart grid simulator through a connector 221 freely.
4) 아스팔트, 모래, 흙, 나무, 시멘트 또는 이들의 조합을 포함하는 다양한 토지특성을 가지는 구간 또는 선로단위의 블록(Block)(222)을 통해 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터의 그라운드를 구성할 수 있도록 함으로써, 저 임피던스 고장 (LIF: Low Impedance Fault)은 물론 고 임피던스 고장(HIF: High Impedance Fault) 시험이 가능하도록 한다. 여기서 고 임피던스 고장은 퓨즈나 과전류 계전기와 같은 통상적인 과전류 보호기로는 감지되지 않을 정도로 충분히 높은 임피던스를 가진다. 상대적으로 많은 고장 전류를 포함하고 통상적인 과전류 보호기로 쉽게 감지되는 저 임피던스 단락과 달리, 고 임피던스 고장은 전원 시스템의 장치에 손해를 가할 위험이 적고, 0~50A 범위의 전류 레벨을 발생시키며 보통 접점에서 아크나 불꽃을 발생시킨다.4) By making it possible to configure the ground of the micro smart grid simulator through a block 222 of a section or line unit having various land characteristics including asphalt, sand, earth, wood, cement, or a combination thereof, It enables high impedance fault (HIF) test as well as low impedance fault (LIF). Where high impedance faults have a sufficiently high impedance that they can not be detected by conventional overcurrent protectors such as fuses or overcurrent relays. Unlike low-impedance shorts that include relatively high fault currents and are easily detected by conventional overcurrent protectors, high-impedance faults are less likely to damage the system of the power system, generate current levels in the 0 to 50 A range, To generate an arc or flame.
5) 선로구간을 구성하는 각 전선의 조작은 각 상별로 고장전류에 충분히 견딜 수 있는 굵기와 커넥터를 이용하여 자유로운 마이크로 스마트 그리드 선로구성이 가능하도록 일정한 길이의 경동성 단선조각으로 한다.5) The operation of each wire constituting the line section shall be of a thickness of sufficient thickness to be able to withstand the breakdown current for each phase and a piece of hardened single piece of constant length so that a free micro smart grid line can be constructed using the connector.
6) 선로정수는 가변 선로정수(250)로 하여 저항 R과 인덕턴스 L의 크기를 조절, 다양한 길이의 선로가 모의될 수 있도록 한다.6) The line constant is adjusted to the variable line constant (250) to adjust the size of the resistance R and inductance L so that lines of various lengths can be simulated.
7) 선로구간 부하는 R, L의 크기를 조절하여 부하의 크기를 자유롭게 가변할 수 있는 가변부하(260)나 마이크로 유도 전동기와 같은 일정한 크기의 부하로 할 수 있다.7) The line section load can be a constant load such as a variable load 260 or a micro induction motor which can freely change the size of the load by adjusting the sizes of R and L.
8) 태양광 발전기, 풍력 발전기, 보호기기 등 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터의 모든 구성요소들은 기본적으로 MEMS 기술을 이용하여 기존의 기기들과 동등한 특성을 기지면서 최소의 크기로 제작되며, 특히 태양광 발전기, 풍력 발전기 등 분산전원들은 계통 연계 운전이 가능하도록 한다.8) All the components of the micro smart grid simulator such as solar power generator, wind power generator, protection device, etc. are basically manufactured with the minimum size by using the MEMS technology, Distributed power sources such as wind power generators enable grid-connected operation.
9) 인공고장 발생기(270)를 이용하여 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터의 다양한 위치에서 3상 단락, 2상 단락, 1선 지락 고장 등 다양한 시험이 가능하도록 하며, 관리제어용 컴퓨터를 이용하여 보호 기기들로부터 전압, 전류 등 고장정보가 수집될 수 있도록 한다.9) Various tests such as 3-phase short circuit, 2-phase short circuit, 1-line ground fault can be performed at various positions of the micro smart grid simulator using the artificial fault generator 270, , Fault information such as current can be collected.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터를 활용한 시뮬레이션 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a simulation using a micro smart grid simulator according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터를 활용한 시뮬레이션의 방법은 먼저 MEMS 기술을 이용하여 스마트 그리드 구성요소와 실질적으로 동등한 특성을 가지도록 제작된 적어도 하나 이상의 스마트 그리드 시뮬레이터 구성요소를 적어도 하나 이상의 전선과 적어도 하나 이상의 커넥터를 이용하여 조립식으로 자유롭게 추가하거나 삭제함으로써 자유로운 스마트 그리드 시뮬레이션 환경을 구축한다(S101). 강압 변압기를 이용하여 기본 전원인 3상 380V로부터 1/10~1/40의 범위 내에서 안전 레벨로 강하된 전압을 상기 구축된 스마트 그리드 시뮬레이터에 입력한다(S102). 또한 이에 더불어 상기 스마트 그리드 시뮬레이터와 계통 연계되어 있는 분산전원의 전압도 상기 스마트 그리드 시뮬레이터에 공급되는 전압과 같은 크기로 강하는 것이 바람직하다. 그리고 관리제어용 컴퓨터와 상기 적어도 하나 이상의 스마트 그리드 시뮬레이터 구성요소 각각이 서로 양방향 통신이 가능하도록 유무선 통신능력을 구비하여 디지털 통신 네트워크로 상호 연결된다(S103). 그 후, 인공고장 발생기를 이용하여 상기 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터 상의 임의의 위치에서 3상 단락, 2상 단락, 1선 지락 고장 또는 이들의 조합을 포함한 적어도 하나 이상의 시험을 수행하거나 혹은 아스팔트, 모래, 흙, 나무, 시멘트 또는 이들의 조합을 포함하는 복수의 토지특성을 가지는 구간 또는 선로단위의 블록을 통해 그라운드를 구성할 수 있도록 함으로써, 저 임피던스 고장(LIF) 및 고 임피던스 고장(HIF) 시험을 수행한다(S104). 상기 관리제어용 컴퓨터를 이용하여 보호 기기들로부터 전압, 전류 또는 이들의 조합을 포함한 고장정보를 수집한다(S105). 상기 수집한 스마트 그리드 시뮬레이터의 고장정보를 기반으로 리포트를 작성하고 스마트 그리드 관리제어에 활용한다(S106).As shown in FIG. 3, the method of simulating using the micro smart grid simulator according to the present invention is a method of simulating at least one smart grid simulator, which is fabricated to have substantially the same characteristics as the smart grid components using MEMS technology, A smart grid simulation environment is freely created by freely adding or deleting component elements in a combined fashion using at least one electric wire and at least one connector (S101). A voltage lowered to a safety level within a range of 3 / 380V to 1 / 10-1 / 40, which is a basic power source, is input to the built-in smart grid simulator using a step-down transformer (S102). In addition, it is preferable that the voltage of the distributed power source connected to the smart grid simulator is also decreased to the same voltage as that supplied to the smart grid simulator. The management control computer and each of the at least one or more smart grid simulator components are connected to each other through a digital communication network with wired / wireless communication capability so as to enable bi-directional communication with each other (S103). Thereafter, at least one test including a three-phase short circuit, a two-phase short circuit, a one-line ground fault, or a combination thereof is performed at an arbitrary position on the micro smart grid simulator using an artificial fault generator, (LIF) and high impedance failure (HIF) tests by making it possible to construct a ground through a block of sections or line units having a plurality of land characteristics including, for example, wood, cement or a combination thereof (S104). Using the management control computer, failure information including voltage, current, or a combination thereof is collected from the protection devices (S105). A report is created based on the collected failure information of the smart grid simulator and utilized for smart grid management control (S106).
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, I will understand the point. Accordingly, the technical scope of the present invention should be defined by the following claims.
100 : 스마트 그리드 시스템 110 : 전원
120 : 변전소 변압기 130 : 배전 변압기
140 : 차단기 150 : 개폐기
160 : 배전선로 170 : 배전부하
180 : 풍력 발전기 190 : 태양광 발전기
200 : 디지털 네트워크 211 : 강압 변압기
212 : 전위 차단기 213 : 후위 차단기
220 : 관리제어용 컴퓨터 221 : 커넥터
222 : 블록 230 : 스마트 보호기기
231 : 차단기 232 : 개폐기(투입상태)
233 : 개폐기(개방상태) 240 : 스마트 홈 미터
250 : 가변선로정수 260 : 가변부하
270 : 인공고장 발생기100: Smart Grid System 110: Power
120: substation transformer 130: distribution transformer
140: Breaker 150: Actuator
160: distribution line 170: distribution load
180: Wind generator 190: Solar generator
200: Digital network 211: Step-down transformer
212: Dislocator circuit breaker 213:
220: Computer for management control 221: Connector
222: Block 230: Smart Protection Device
231: Breaker 232: Actuator (closing state)
233: switch (open state) 240: smart home meter
250: variable line constant 260: variable load
270: artifact generator
Claims (20)
스마트 그리드 시뮬레이터의 각 구성요소를 연결하는 적어도 하나 이상의 전선; 및
상기 적어도 하나 이상의 스마트 그리드 시뮬레이터 구성요소를 상기 전선으로 조립식으로 자유롭게 추가하거나 삭제함으로써 자유로운 스마트 그리드 시뮬레이션 환경을 구축할 수 있도록 하는 적어도 하나 이상의 커넥터;를 포함하며,
상기 스마트 그리드 시뮬레이터 구성요소는 MEMS 기술을 이용하여 실제 구성요소와 실질적으로 동등한 특성을 가지도록 제작되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터A smart home meter, a distributed power supply element, an artifact generator, a line element having a variable line constant, a load element having a variable load, or a combination thereof At least one smart grid simulator component;
At least one wire connecting each component of the smart grid simulator; And
And at least one connector to allow a free smart grid simulation environment to be created by freely adding or deleting the at least one smart grid simulator component in a prefabricated manner with the wire,
Wherein the smart grid simulator component is fabricated to have substantially the same characteristics as actual components using MEMS technology.
상기 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터는,
기본 전원인 3상 380V로 부터 1/10~1/40의 범위 내에서 안전 레벨로 강하된 전압을 스마트 그리드 시뮬레이터로 입력받기 위한 강압 변압기;
상기 변압기의 전위에 설치되는 전위 차단기; 및
상기 변압기의 후위에 설치되는 후위 차단기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터.The method according to claim 1,
The micro smart grid simulator includes:
A step-down transformer for inputting the voltage dropped to the safety level within the range of 3 / 380V, which is the basic power, from 1/10 to 1/40, to the smart grid simulator;
A potential breaker installed at a potential of the transformer; And
And a rear circuit breaker installed at the rear of the transformer.
상기 전위 차단기는 인공고장 발생 시 1F(순시) 1D(지연)의 재투입 동작을 통해 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터를 전기적으로 보호함은 물론, 스마트 보호기기의 자율적 고장 분리를 시험할 수 있도록 하며, 후위 차단기는 상기 강압 변압기의 고장은 물론, 상기 전위 차단기 고장 차단 실패 시 고장을 차단하기 위해 설치되며, 상기 강압 변압기는 인공고장 발생 시에 흐르게 되는 고장전류에 충분히 견딜 수 있고, Y-Y 결선방식으로 하여 지락고장 시험이 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터.In claim 2,
The disconnection breaker electrically protects the micro smart grid simulator through a re-input operation of 1F (instantaneous) and 1D (delay) at the time of occurrence of an artificial fault, as well as enables autonomous fault isolation of the smart protection device to be tested. The transformer is installed to block a failure when the failure breaker fails to shut down the failure circuit, as well as the failure of the step-down transformer. The step-down transformer can withstand a fault current flowing when an artificial failure occurs, A micro-grid grid simulator capable of performing a test.
상기 분산전원요소는 태양광 발전기, 풍력 발전기, 조력 발전기, 화력 발전기, 원자력 발전기, 조력 발전기 또는 이들의 조합을 포함하며, 상기 분산전원들은 계통 연계 운전이 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터.The method according to claim 1,
Wherein the distributed power component includes a solar generator, a wind turbine, a tidal generator, a thermal power generator, a nuclear power generator, a tidal generator, or a combination thereof, wherein the distributed sources are capable of grid-connected operation.
상기 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터는,
관리제어용 컴퓨터를 더 포함하며,
상기 관리제어용 컴퓨터, 상기 적어도 하나 이상의 스마트 그리드 시뮬레이터 구성요소 각각은 서로 양방향 통신이 가능하도록 유무선 통신능력을 구비하며, 디지털 통신 네트워크로 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터.The method according to claim 1,
The micro smart grid simulator includes:
Further comprising a computer for administrative control,
Wherein the management control computer, each of the at least one or more smart grid simulator components, has wired / wireless communication capability so as to enable bidirectional communication with each other, and is interconnected with a digital communication network.
상기 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터는,
아스팔트, 모래, 흙, 나무, 시멘트 또는 이들의 조합을 포함하는 복수의 토지특성을 가지는 구간 또는 선로단위의 블록을 통해 그라운드를 구성할 수 있도록 함으로써, 저 임피던스 고장 (LIF) 및 고 임피던스 고장 (HIF) 시험이 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터.The method according to claim 1,
The micro smart grid simulator includes:
(LIF) and high impedance failure (HIF) by making it possible to construct a ground through blocks of sections or line units having a plurality of land characteristics including asphalt, sand, earth, wood, cement, ) Micro-grid grid simulator.
선로 구간을 구성하는 각 전선은 각 상별로 고장전류에 충분히 견딜 수 있는 굵기를 가지도록 조작할 수 있고, 상기 커넥터를 이용하여 자유로운 마이크로 스마트 그리드 선로구성이 가능하도록 일정한 길이의 경동성 단선조각을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터.The method according to claim 1,
Each of the wires constituting the line section can be manipulated so as to have a thickness enough to withstand the breakdown current for each phase, and the micro-smart grid line can be freely constructed using the connector, Wherein said micro smart grid simulator comprises:
상기 선로정수는 가변 선로정수로 하여 저항 R과 인덕턴스 L의 크기를 조절하고, 임의의 길이의 선로가 모의될 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터.The method according to claim 1,
Wherein the line constant is a variable line constant and the magnitude of the resistance R and the inductance L is adjusted so that a line having an arbitrary length can be simulated.
상기 선로구간 부하는 저항 R과 인덕턴스 L의 크기를 조절하고, 상기 부하는 크기를 자유롭게 가변할 수 있는 가변부하나 일정한 크기의 부하인 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터.The method according to claim 1,
Wherein the line section load adjusts the magnitude of the resistance R and the inductance L, and the load is a variable part or a constant size load that can freely vary the size.
상기 인공고장 발생기를 이용하여 상기 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터상의 임의의 위치에서 3상 단락, 2상 단락, 1선 지락 고장 또는 이들의 조합을 포함한 적어도 하나 이상의 시험이 가능하며, 관리제어용 컴퓨터를 이용하여 보호 기기들로부터 전압, 전류 또는 이들의 조합을 포함한 고장정보를 수집하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터.The method according to claim 1,
At least one test including a three-phase short circuit, a two-phase short circuit, a one-line ground fault, or a combination thereof can be performed at an arbitrary position on the micro smart grid simulator using the artificial fault generator. And collecting fault information including voltages, currents, or combinations thereof from the devices.
상기 스마트 홈 미터는 배전 전압관리, 부하관리, 정전관리 또는 이들의 조합 중 적어도 하나 이상의 기능 가진 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터.The method according to claim 1,
Wherein the smart home meter has at least one of distribution voltage management, load management, power management, or a combination thereof.
상기 정전관리 기능의 경우, 스마트 보호기기나 관리제어용 컴퓨터의 요청에 따라 전압이나 전류정보를 제공할 수 있도록 하여, 상기 스마트 보호기기나 관리제어용 컴퓨터로 하여금 말단 선로구간이나 분기 선로 상에서 발생한 고 임피던스 고장(HIF) 구간을 판별하는 성능 시험이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터.The method of claim 11,
In the case of the power failure management function, it is possible to provide voltage or current information at the request of the smart protection device or the management control computer so that the smart protection device or the management control computer can prevent the high impedance failure (HIF ) Section of the micro-grid grid simulator.
강압 변압기를 이용하여 기본 전원인 3상 380V로부터 1/10~1/40의 범위 내에서 안전 레벨로 강하된 전압을 상기 구축된 스마트 그리드 시뮬레이터로 입력하는 단계;
관리제어용 컴퓨터와 상기 적어도 하나 이상의 스마트 그리드 시뮬레이터 구성요소 각각이 서로 양방향 통신이 가능하도록 유무선 통신능력을 구비하여 디지털 통신 네트워크로 상호 연결되는 단계;
인공고장 발생기를 이용하여 상기 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터상의 임의의 위치에서 3상 단락, 2상 단락, 1선 지락 고장 또는 이들의 조합을 포함한 적어도 하나 이상의 시험을 수행하는 단계; 및
상기 관리제어용 컴퓨터를 이용하여 보호 기기들로부터 전압, 전류 또는 이들의 조합을 포함한 고장정보를 수집하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드의 시뮬레이션 방법At least one or more Smart Grid simulator components fabricated to have substantially the same characteristics as the Smart Grid components using MEMS technology can be freely added or deleted freely, using at least one or more wires and at least one connector, Establishing a simulation environment;
Using a step-down transformer, inputting a voltage dropped to a safety level within a range of 3 / 380V to 1 / 10-1 / 40, which is a basic power source, to the built-in smart grid simulator;
Comprising the steps of: interconnecting a computer for management control with a digital communication network having wired / wireless communication capability so that each of the at least one or more smart grid simulator components can communicate with each other bidirectionally;
Performing at least one test including a three-phase short circuit, a two-phase short circuit, a one-line ground fault, or a combination thereof at an arbitrary position on the micro smart grid simulator using an artificial fault generator; And
And collecting fault information including voltage, current, or a combination thereof from the protective devices using the management control computer.
상기 변압기의 전위 및 후위에 각각 전위 차단기 및 후위 차단기를 설치하고, 상기 전위 차단기는 인공고장 발생 시 1F(순시) 1D(지연)의 재투입 동작을 통해 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터를 전기적으로 보호함은 물론, 스마트 보호기기의 자율적 고장 분리를 시험할 수 있도록 하며, 후위 차단기는 상기 강압 변압기의 고장은 물론, 상기 전위 차단기 고장 차단 실패 시 고장을 차단하기 위해 설치되며, 상기 강압 변압기는 인공고장 발생 시에 흐르게 되는 고장전류에 충분히 견딜 수 있고, Y-Y 결선방식으로 하여 지락고장 시험이 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드의 시뮬레이션 방법.14. The method of claim 13,
The disconnection device and the rear circuit breaker are respectively provided at the potential and the rear of the transformer. The potential interrupter electrically protects the micro-smart grid simulator through re-charging operation of 1F (instantaneous) and 1D , The autonomous fault isolation of the smart protection device can be tested, and the rear circuit breaker is installed not only for the failure of the step-down transformer, but also for preventing the failure when the failure breaker fails to shut down, And a ground fault test can be performed using the YY wiring method.
태양광 발전기, 풍력 발전기, 조력 발전기, 화력 발전기, 원자력 발전기, 조력 발전기 또는 이들의 조합을 포함한 분산전원들에 대해서 계통 연계 운전을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드의 시뮬레이션 방법.14. The method of claim 13,
Performing a grid-connected operation on distributed power sources including a solar power generator, a wind power generator, a tidal generator, a thermal power generator, a nuclear power generator, a tidal generator, or a combination thereof; Way.
아스팔트, 모래, 흙, 나무, 시멘트 또는 이들의 조합을 포함하는 복수의 토지특성을 가지는 구간 또는 선로단위의 블록을 통해 그라운드를 구성할 수 있도록 함으로써, 저 임피던스 고장(LIF) 및 고 임피던스 고장(HIF) 시험을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드의 시뮬레이션 방법.14. The method of claim 13,
(LIF) and high impedance failure (HIF) by making it possible to construct a ground through blocks of sections or line units having a plurality of land characteristics including asphalt, sand, earth, wood, cement, And performing a test of the micro-smart grid.
선로 구간을 구성하는 각 전선은 각 상별로 고장전류에 충분히 견딜 수 있는 굵기를 가지도록 조작할 수 있고, 상기 커넥터를 이용하여 자유로운 마이크로 스마트 그리드 선로구성이 가능하도록 일정한 길이의 경동성 단선조각을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드의 시뮬레이션 방법.14. The method of claim 13,
Each of the wires constituting the line section can be manipulated so as to have a thickness enough to withstand the breakdown current for each phase, and the micro-smart grid line can be freely constructed using the connector, Wherein the micro-smart grid is a micro-smart grid.
상기 선로정수는 가변 선로정수로 하여 저항 R과 인덕턴스 L의 크기를 조절하고, 임의의 길이의 선로가 모의될 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드의 시뮬레이션 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the line constant is a variable line constant and the magnitude of the resistance R and the inductance L is adjusted so that a line of arbitrary length can be simulated.
상기 선로구간 부하는 저항 R과 인덕턴스 L의 크기를 조절하고, 상기 부하는 크기를 자유롭게 가변할 수 있는 가변부하나 일정한 크기의 부하인 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드의 시뮬레이션 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the line section load adjusts a magnitude of a resistance R and an inductance L, and the load is a variable part and a constant size load that can freely vary the size.
배전 전압관리, 부하관리, 정전관리 또는 이들의 조합 중 적어도 하나 이상의 기능을 가진 스마트 홈 미터로부터, 스마트 보호기기나 관리제어용 컴퓨터의 요청에 따라 전압이나 전류정보를 제공할 수 있도록 하여, 상기 스마트 보호기기나 관리제어용 컴퓨터로 하여금 말단 선로구간이나 분기 선로 상에서 발생한 고 임피던스 고장(HIF) 구간을 판별하는 상기 정전관리 기능에 대한 성능 시험을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스마트 그리드의 시뮬레이션 방법.14. The method of claim 13,
A smart home meter having at least one function of at least one of distribution voltage management, load management, power interruption management, or a combination thereof to provide voltage or current information at the request of a smart protector or management control computer, And performing a performance test on the power failure management function for determining a high impedance failure (HIF) section occurring on a terminal line section or a branch line by the management control computer .
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