KR20210083013A - 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 및 구동 방법, 인공 고장 발생 장치 및, 성능 평가 시스템 - Google Patents

마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 및 구동 방법, 인공 고장 발생 장치 및, 성능 평가 시스템 Download PDF

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KR20210083013A KR1020190175567A KR20190175567A KR20210083013A KR 20210083013 A KR20210083013 A KR 20210083013A KR 1020190175567 A KR1020190175567 A KR 1020190175567A KR 20190175567 A KR20190175567 A KR 20190175567A KR 20210083013 A KR20210083013 A KR 20210083013A
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Abstract

본 발명은 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기를 소형화할 수 있으며, 인공 고장 발생 장치에서 임의의 고장을 발생시키고 이를 성능 평가 시스템에서 확인하여 마이크로 보호기기의 동작을 검증할 수 있는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 및 구동 방법, 인공 고장 발생 장치 및, 성능 평가 시스템에 관한 것이다.
일예로, 본 발명은 입력측에 장착되어 입력측의 3상 전압을 측정하는 1차측 전압 센싱 회로와, 입력측에 장착되어 입력측의 3상 전류를 측정하는 1차측 전류 센싱 회로와, 출력측에 장착되어 출력측의 3상 전압을 측정하는 2차측 전압 센싱 회로와, 입력측과 출력측에 사이에 전기적으로 연결된 스위칭 디바이스 및, 1차측 전압 센싱 회로, 1차측 전류 센싱 회로, 2차측 전압 센싱 회로 및 스위칭 디바이스와 전기적으로 연결되어, 1차측 전압 센싱 회로, 1차측 전류 센싱 회로 및 2차측 전압 센싱 회로에서 수집된 정보를 수신하여 고장 유형을 판단하고, 고장 유형에 따라 스위칭 디바이스의 온 또는 오프를 제어하는 DSP 제어기를 포함하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 및 구동 방법, 인공 고장 발생 장치 및, 성능 평가 시스템을 개시한다.

Description

마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 및 구동 방법, 인공 고장 발생 장치 및, 성능 평가 시스템{Micro Protective Device and Method thereof and Artificial Fault Generator for the Micro Smart Grid Simulator and, Micro Performance Evaluation System of the Micro Protective Device}
본 발명의 다양한 실시예는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 및 구동 방법, 인공 고장 발생 장치 및, 성능 평가 시스템에 관한 것이다.
최근 전력 계통은 지구 온난화에 대비하여 그린 에너지 실현을 위한 새로운 기술적 패러다임에 직면하고 있다. 즉, 전력계통에 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.
스마트 그리드는 분산전원을 기존 전력망에 도입하고 디지털 네트워크와 결합하여 생산자와 소비자와 상호 작용함으로써, 효율성을 극대화하는 지능형 전력 그리드이다. 그러나 분산전원이 새로 도입될 때 스마트 그리드는 방사형 라인과 루프 라인을 혼합 한 구조를 갖기 때문에 기존 전력 그리드와 다른 복잡한 전기 현상을 보여준다. 이렇게 변경된 운영 조건에서 스마트 그리드의 안정성과 신뢰성을 확보하려면 새로운 보호 및 제어 전략이 필요하다.
지난 수십 년 동안 전원 공급 장치의 신뢰성을 높이고 전력망의 라인 손실을 줄이기 위해 여러 급전선 재구성 및 고장 복구 전략이 제안되었다. 또한, 분산전원이 도입되거나 도입되지 않은 스마트 그리드에 대한 고장현상을 해석하거나 전원 공급 장치의 효율 및 신뢰성을 확보하기 위한 많은 운전 및 제어 방법론이 연구되었다. 그러나 이러한 운전 및 제어 방법론을 실제 스마트 그리드 시스템에 적용하려면 실제 시스템에 대한 신뢰성을 평가해야 하는데 알고리즘 또는 프로그램 오류로 인한 사고의 영향이 매우 심각하기 때문에 실제 적용이 어려운 실정이다. 이에 전력회사에서는 실증시험센터를 구축하지만, 이 또한 공간 및 비용 제한으로 인해 실제 스마트 그리드보다 피더 구성 및 스케일이 제한되기 마련이다. 또한 스마트 그리드 시스템은 높은 고전압 레벨과 고장 전류의 경우 높은 고전류가 발생될 수 있으며, 이로 인하여 인명 손실의 위험성 때문에 개발된 제어 전략을 시험하고 평가하기 어려울 뿐만 아니라, 시험시간과 경제 비용을 증가시킨다. 이와 같은 이유들로 인해서 기존에 제안된 많은 신뢰성 평가를 실제 전력망에 적용하기에는 어려움이 많다.
또한, 스마트 그리드에 대한 실증 테스트는 다양한 분산전원 크기, 분산전원 위치 및 전력 시설 간의 양방향 통신을 기반으로 하기 때문에, 스마트 그리드 실증시험 센터는 기존 시험 센터에 비해 건설 비용, 공간 크기 그리고 복잡성 측면에서 더욱 제한될 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해, 전기 및 전자 엔지니어들이 실험실에서 안전하고 쉽게 스마트 그리드의 고장을 실험하고 개발된 알고리즘을 평가할 수 있도록 스마트 그리드의 전기적 레벨과 크기를 소형화하기 위한 개발이 요구된다.
공개특허 10-2015-0041517(2015.04.16)
본 발명은 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기를 소형화할 수 있으며, 인공 고장 발생 장치에서 임의의 고장을 발생시키고 이를 성능 평가 시스템에서 확인하여 마이크로 보호기기의 동작을 검증할 수 있는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 및 구동 방법, 인공 고장 발생 장치 및, 성능 평가 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 및 구동 방법, 인공 고장 발생 장치 및, 성능 평가 시스템은 입력측에 장착되어 입력측의 3상 전압을 측정하는 1차측 전압 센싱 회로와, 입력측에 장착되어 입력측의 3상 전류를 측정하는 1차측 전류 센싱 회로와, 출력측에 장착되어 출력측의 3상 전압을 측정하는 2차측 전압 센싱 회로와, 상기 입력측과 상기 출력측에 사이에 전기적으로 연결된 스위칭 디바이스 및, 상기 1차측 전압 센싱 회로, 상기 1차측 전류 센싱 회로, 상기 2차측 전압 센싱 회로 및 상기 스위칭 디바이스와 전기적으로 연결되어, 상기 1차측 전압 센싱 회로, 상기 1차측 전류 센싱 회로 및 상기 2차측 전압 센싱 회로에서 수집된 정보를 수신하여 고장 유형을 판단하고, 고장 유형에 따라 상기 스위칭 디바이스의 온 또는 오프를 제어하는 DSP 제어기를 포함할 수 있다.
상기 1차측 전압 센싱 회로와 상기 2차측 전압 센싱 회로는 각각 저항 분배기 회로, 이득 1을 갖는 전압 추종 회로, 펄스 변압기, 셀런키 필터 회로(SF) 및 DC 오프셋 회로를 포함하는 DSP 제어기를 포함할 수 있다.
상기 1차측 전류 센싱 회로는 고장 전류 측정하기 위한 기본 회로; 및 부하 전류를 30배 증폭한 전류를 측정하기 위한 증폭 회로를 포함할 수 있다.
상기 기본 회로는 셀런키 필터 회로 및 DC 오프셋 회로를 포함하고, 상기 증폭 회로는 증폭기, 셀런키 필터 회로 및 DC 오프셋 회로를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 및 구동 방법, 인공 고장 발생 장치 및, 성능 평가 시스템은 3상 마이크로 보호기기의 디바이스 타입과, 동작 순서를 설정하는 1단계와, 상기 마이크로 보호기기의 동작 모드를 설정하는 2단계와, 상기 마이크로 보호기기의 실효값을 산출하는 3단계와, 상기 마이크로 보호기기의 동작 순서 모드가 고장 모드인지 여부를 확인하는 4단계와, 상기 4단계에서 동작 순서 모드가 고장모드일 경우, 고장 유형을 결정하는 5단계와, 상기 마이크로 보호기기의 시스템 상태가 정상 상태인지 여부를 확인하는 6단계와, 상기 6단계에서 시스템 상태가 고장 상태인 것으로 확인 되면, 상기 동작 순서 모드가 고장 모드와 동일한지 여부를 확인하고, 상기 동작 순서 모드가 고장 모드와 다른 경우 고장 발생 시간을 현재 시간으로 설정하고 고장 지속 시간을 0으로 설정하며, 상기 동작 순서 모드가 고장 모드와 같다면 고장 지속 시간을 현재 시간에서 고장 발생 시간을 뺀 값으로 설정하는 7단계와, 상기 고장 지속 시간이 동작 시간보다 큰지 여부를 확인하고, 상기 고장 지속 시간이 동작 시간과 같거나 작으면 동작 순서 모드를 고장 모드로 설정하고, 고장 지속 시간이 동작 시간보다 크면, 고장 카운터를 1 증가시키고 동작 순서 모드를 정상모드로 설정하는 8단계와, 상기 마이크로 보호기기의 디바이스 타입이 섹션 스위치인지 여부를 확인하고, 디바이스 타입이 섹션 스위치가 아니면 상기 마이크로 보호기기의 스위칭 디바이스를 개방함으로써, 입력측과 출력측을 분리하는 9단계와, 상기 마이크로 보호기기의 고장 카운터가 최대 동작 횟수와 동일한지 여부를 확인하는 10단계와, 상기 10단계에서 고장 카운터가 최대 동작 횟수보다 작을 경우, 동작 순서 모드가 인터럽트 모드와 동일한지 여부를 확인하고, 상기 동작 순서 모드가 인터럽트 모드와 다를 경우 인터럽트 지속 시간을 0으로 설정하고 인터럽트 발생 시간을 현재 시간으로 설정하며, 상기 동작 순서 모드가 인터럽트 모드와 동일할 경우 인터럽트 지속 시간을 현재 시간에서 인터럽트 발생 시간을 뺀 값으로 설정하는 11단계 및,
상기 마이크로 보호기기의 인터럽트 지속 시간이 최대 허용 인터럽트 시간보다 큰지 여부를 확인하고, 인터럽트 지속 시간이 최대 허용 인터럽트 시간보다 작거나 같은 경우 3단계가 진행되고, 인터럽트 지속 시간이 최대 허용 인터럽트 시간보다 클 경우 스위칭 디바이스를 재폐시킨 후, 3단계로 이동하는 12단계를 포함할 수 있다.
상기 1단계에서 상기 디바이스 타입은 상기 마이크로 보호기기가 회로 차단기, 리클로저 및 섹션 스위치 중 어느 하나이고, 상기 동작 순서는 최대 동작 횟수, k 번째 고장 전류 차단 동작에서의 최대 허용 동작 시간, k 번째 고장 전류 차단 동작 후 k 번째 차단 동작까지의 최대 허용 인터럽트 시간을 포함할 수 있다.
상기 2단계에서 상기 동작 모드는 고장 전류 차단 횟수인 고장 카운터 값을 0으로 설정하고, 동작 순서 모드를 0으로 설정하고 시스템 상태를 정상 상태로 설정할 수 있다.
상기 3단계에서 실효값은 상기 마이크로 보호기기에 포함된 1차측 전압 센싱 회로, 1차측 전류 센싱 회로 및 2차측 전압 센싱 회로에서 측정된 전압 및 전류 데이터를 순차적으로 읽어서 1사이클 동안의 데이터를 저장하고 산출될 수 있다.
상기 4단계에서 상기 동작 순서 모드가 고장모드일 경우 5단계가 진행되고, 고장 모드가 아닐 경우 10단계가 진행될 수 있다.
상기 5단계에서 상기 고장 유형은 3 상 단락 고장, 상간의 단락 고장 또는 1상 지락 고장 중 하나이고, 상기 마이크로 보호기기에서 감시상을 설정하고, 상기 감시상의 전류를 확인하여 상기 감시상의 고장 상태에 따라 고장 유형을 결정할 수 있다.
상기 6단계에서는 시스템 상태가 정상 상태일 경우 3단계가 진행되고, 상기 시스템 상태가 고장 상태일 경우 7단계가 진행될 수 있다.
상기 10단계에서는 고장 카운터가 최대 동작 횟수와 동일할 경우, 영구 고장이므로 수리가 완료될 때까지 작업자의 안전을 보장하기 위해 보호기기를 잠금 상태로 설정한 다음, 고장 수리가 완료되면 잠금을 해제하여 마이크로 보호기기의 상태를 원래 상태로 되돌린 후 2단계가 진행될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 및 구동 방법, 인공 고장 발생 장치 및, 성능 평가 시스템은 마이크로 보호기기가 장착된 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이션의 3상 선로 상에 장착되어, 3상 단락 고장, 상간 단락 고장 또는 1선 지락고장과 같은 저 임피던스 고장과, 고 임피던스 고장을 인공적으로 발생시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 및 구동 방법, 인공 고장 발생 장치 및, 성능 평가 시스템은 입력측에 장착되어 입력측의 3상 전압을 측정하는 1차측 전압 센싱 회로와, 입력측에 장착되어 입력측의 3상 전류를 측정하는 1차측 전류 센싱 회로와, 출력측에 장착되어 출력측의 3상 전압을 측정하는 2차측 전압 센싱 회로와, 상기 입력측과 상기 출력측에 사이에 전기적으로 연결된 스위칭 디바이스 및, 상기 1차측 전압 센싱 회로, 상기 1차측 전류 센싱 회로, 상기 2차측 전압 센싱 회로 및 상기 스위칭 디바이스와 전기적으로 연결되어, 상기 1차측 전압 센싱 회로, 상기 1차측 전류 센싱 회로 및 상기 2차측 전압 센싱 회로에서 수집된 정보를 수신하여 고장 유형을 판단하고, 고장 유형에 따라 상기 스위칭 디바이스의 온 또는 오프를 제어하는 DSP 제어기를 포함하는 마이크로 보호기기 및, 상기 마이크로 보호기기가 장착된 3상 선로 상에 장착되어, 3상 단락 고장, 상간 단락 고장 또는 1선 지락고장과 같은 저 임피던스 고장과, 고 임피던스 고장을 인공적으로 발생시킬 수 있는 인공 고장 발생 장치를 포함하며, 상기 마이크로 보호기기의 입력측에 장착된 오실로스코프로부터 얻어지는 각상의 전류 파형을 기 설정된 동작 순서와 비교 평가하고, 마이크로 보호기기용 EMTP-RV 모의 결과와 비교하여, 상기 마이크로 보호기기의 성능을 평가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 및 구동 방법, 인공 고장 발생 장치 및, 성능 평가 시스템은 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기를 소형화할 수 있으며, 인공 고장 발생 장치에서 임의의 고장을 발생시키고 이를 성능 평가 시스템에서 확인하여 마이크로 보호기기의 동작을 검증할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기를 도시한 구조도이다.
도 2는 도 1의 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기의 1차 및 2차 전압 센싱 회로의 구성을 도시한 구조도이다.
도 3은 도 1의 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기의 1차측 전류 센싱 회로의 구성을 도시한 구조도이다.
도 4는 도 1의 도 1의 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기의 동작을 도시한 순서도이다.
도 5는 도 1의 마이크로 보호 기기가 장착된 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 인공 고장 발생 장치의 구조도이다.
도 6는 도 1의 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기를 평가하기 위한 성능 평가 시스템의 구조도이다.
도 7은 도 6의 성능 평가 시스템에서 3상 단락 고장을 모의했을 경우의 실험 및 모델링 결과 파형이다.
도 8은 성능 평가 시스템에서 A-B상간 단락 고장을 모의했을 경우의 실험 및 모델링 결과 파형이다.
도 9는 성능 평가 시스템에서 B상 지락 고장을 모의했을 경우의 실험 및 모델링 결과 파형이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기를 도시한 구조도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기(110)는 스마트 그리드의 보호기기와 동일한 기능을 수행하기 위해, 3상 선로에 연결되는 3상구조로 이루어질 수 있다. 여기서 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터란, 스마트 그리드의 고장현상 관찰 및 보호협조 제어 알고리즘 검증을 전기전자 엔지니어들이 실험실에서 안전하게 실험할 수 있도록 스마트 그리드의 전기적인 레벨을 낮추고 크기를 1000분의 1정도로 소형화 한 것일 수 있다. 상기 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기(110, 이하 "마이크로 보호기기")는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터에 적용가능한 마이크로 보호기기일 수 있다. 상기 마이크로 보호기기(110)는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터상에 다수개 장착될 수 있다.
이와 같은 마이크로 보호기기(110)는 3상 19V 정격 전압과, 20A의 차단전류를 갖을 수 있으며, 13x13cm2의 크기를 만족하도록 소형화 할 수 있다.
물론, 마이크로 보호기기(110)는 회로 차단기, 리클로저 및 섹션 스위치의 기능을 포함할 수 있다. 이와 같은 마이크로 보호기기(110)는 입력측(전원측)의 전압을 측정하기 위한 1차측 전압 센싱 회로(111), 입력측의 전류를 측정하기 위한 1차측 전류 센싱 회로 (112), 출력측(부하측)의 전압을 측정하기 위한 2차측 전압 센싱 회로(113), 입력측과 출력측 사이에 전기적으로 연결된 스위칭 디바이스(114) 및 스위칭 디바이스(114)의 구동을 제어하는 DSP 제어기(115)를 포함할 수 있다. 여기서 DSP 제어기(115)는 1차측 전압 센싱 회로 (111), 1차측 전류 센싱 회로 (112) 및 2차측 전압 센싱 회로(113)에서 수집된 정보로부터 고장을 결정하고, 이를 통해 스위칭 디바이스(114)의 개폐를 제어할 수 있다. 여기서 스위칭 디바이스(114)는 마이크로 보호기기(110)로 입력되는 3상 전원이, 출력측으로 출력되도록 연결시키거나, 분리시킬 수 있다. 물론 스위칭 디바이스(114)는 입력되는 3상 전원을 각각을 출력측으로 연결하는 3개의 선로에 각각 구비되도록 3개의 스위치를 포함할 수 있다.
또한 입력측 및 출력측은 3상 전원이 입출력되기 위해, 3개의 단자를 각각 구비할 수 있다. 또한, 1차측 전압 센싱 회로(111) 및 2차측 전압 센싱 회로(113)는 각각 입력측 및 출력측의 3상 전압 정보를 측정할 수 있다. 또한 1차측 전류 센싱 회로 (112)는 입력측의 3상 전류 정보를 측정할 수 있다.
이와 같은 마이크로 보호기기(110)는 스위칭 디바이스(114)의 구동을 제어하여, 고장 발생시 입력측과 출력측 사이를 전기적으로 분리할 수 있다.
또한 스위칭 디바이스(114)는 고장 발생시 DSP 제어기(115)의 제어에 신속 및 정확하게 가 동작할 수 있도록, 마이크로 보호기기(110)의 최대 차단 전류, 최대 차단 시간 및 투입 시간 조건을 충족시키는 전자 릴레이로 이루어질 수 있다.
상기 DSP 제어기(115)는 1차측 전압 센싱 회로(111), 1차측 전류 센싱 회로(112) 및 2차측 전압 센싱 회로(113)와 전기적으로 연결되어, 1차측 전압 센싱 회로 (111), 1차측 전류 센싱 회로 (112) 및 2차측 전압 센싱 회로(113)에서 수집된 정보를 수신하여 고장 유형을 판단할 수 있다. 여기서 고장 유형은 3 상 단락 고장(3S), 상간의 단락 고장(2S) 또는 1상 지락 고장(1G)중 어느 하나일 수 있다. 물론 DSP 제어기(115)는 스위칭 디바이스(114)와 전기적으로 연결되어, 고장 유형에 따라 스위칭 디바이스(114)가 입력측과 출력측 사이를 연결하거나, 분리하도록 제어할 수 있다.
또한 마이크로 보호기기(110)는 배전 자동화 시스템에 제안 된 운영 및 제어 프로그램은 물론 향후 스마트 그리드에 제안 된 운전 및 제어 프로그램의 성능을 시험할 수 있도록 동작전류, 동작횟수, 재폐로 시간 및 디바이스 타입과 같은 매개 변수를 자유롭게 설정 및 변경할 수 있을 수 있다.
또한 입력측과 1차측 전류 센싱 회로(112) 사이에는 변류기 회로(CT)가 더 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 1의 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기의 1차 및 2차 전압 센싱 회로의 구성을 도시한 구조도가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 1차측 전압 센싱 회로(111) 및 2차측 전압 센싱 회로(113)는 3상 전압 측정 회로일 수 있다. 이하에서 1차측 전압 센싱 회로(111) 및 2차측 전압 센싱 회로(113)는 전압 센싱 회로(111, 113)로 지칭하고자 한다.
상기 전압 센싱 회로(111, 113)는 저항 분배기 회로(RD), 이득 1을 갖는 전압 추종 회로(VF), 펄스 변압기(PT), 셀런키(Sallen-key) 필터 회로(SF) 및 DC 오프셋 회로(DO)를 포함할 수 있다. 물론, 전압 센싱 회로(111, 113)는 3상 전압을 각각 측정하기 위해, 동일한 구조의 3개의 전압 센싱 회로를 포함할 수 있다. 상기 전압 센싱 회로(111, 113)는 3 상 전압 신호를 각각 측정하고, 전압 신호를 마이크로 보호기기(110)의 DSP 제어기(115)의 최대 입력 범위로 축소 한 다음, DSP 제어기(115)로 전달할 수 있다.
여기서 저항 분배기 회로(RD)가 전압 신호의 크기를 DSP 제어기(115)의 입력 범위의 최대 값으로 축소할 수 있다. 이하에서는 전압 센싱 회로(111, 113)의 각 구성의 수치값의 일예를 개시하였으나, 본 발명에서 하기의 수치로 한정하는 것은 아니다. 상기 전압 센싱 회로(111, 113)에서 저항 분배기 회로(RD)의 저항 비율은 0.089있다. 또한, DC 오프셋 회로(DO)의 오프셋 전압은 1.5V로, DSP 제어기(115)의 최대 입력 범위에 3V를 더하여 12Vrms의 최대 위상 전압을 측정가능할 수 있다. 또한 셀런키 필터 회로(SF)의 차단 주파수 및 품질 계수는 140Hz 및 0.707로 설정하여, 이득 감쇠 없이 60Hz 전력 신호를 얻을 수 있다. 또한 펄스 변압기(PT)의 전압비와 VF의 이득은 기본적으로 1일 수 있다.
도 3을 참조하면, 도 1의 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기의 1차측 전류 센싱 회로의 구성을 도시한 구조도가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 1차측 전류 센싱 회로(112)는 3상 전류를 측정하기 위한 회로일 수 있다. 상기 1차측 전류 센싱 회로(112)는 3 상 전류 신호를 측정하고, 마이크로 보호기기(110)의 DSP 제어기(115)의 최대 입력 범위로 축소 한 다음, 전류 신호를 DSP 제어기(115)로 전달할 수 있다.
상기 1차측 전류 센싱 회로(112)는 고장 전류가 부하 전류보다 훨씬 커서, 고장 전류를 측정하기 위한 회로로 부하 전류를 측정하는 것은 어렵기 때문에 부하 전류를 측정하기 위한 회로와 고장 전류를 측정하기 위한 회로는 별도로 구비될 수 있다.
상기 1차측 전류 센싱 회로(112)는 고장 전류를 측정하기 위한 기본 회로(BC)와, 부하 전류를 측정하기 위해 30배 증폭하여 전류를 측정하는 증폭 회로(AC)를 포함할 수 있다.
또한 1차측 전류 센싱 회로(112)는 변류기 회로(CT)의 후단에, 기본 회로(BC)와 증폭 회로(AC)가 각각 연결될 수 있다.
상기 기본 회로(BC)는 셀런키 필터 회로(SF) 및 DC 오프셋 회로(DO)를 포함할 수 있다. 또한 증폭 회로(AC)는 증폭기(AP), 셀런키 필터 회로(SF) 및 DC 오프셋 회로(DO)를 포함할 수 있다. 물론, 기본 회로(BC)와 증폭 회로(AC)는 3상 전류를 각각 측정하기 위해, 동일한 구조의 3개의 전류 센싱 회로를 포함할 수 있다. 여기서 기본 회로(BC)는 최대 20A의 고장 전류를 측정할 수 있으며, 증폭 회로(AC)는 최대 1A의 부하 전류를 측정할 수 있다.
이하에서는 1차측 전류 센싱 회로(112)의 각 구성의 수치값의 일예를 개시하였으나, 본 발명에서 하기의 수치로 한정하는 것은 아니다. 1차측 전류 센싱 회로(112)에서 변류기 회로(CT)의 전류 비율은 1/2500, 저항값은 88Ω일 수 있다. 또한 DC 오프셋 회로(DO)의 오프셋 전압은 1.5V일 수 있고, DSP 제어기(115)의 최대 입력 범위에 3V에 더해 30Arms의 최대 전류를 측정 할 수 있도록 한다. 또한 증폭기(AP)의 증폭 게인은 부하 전류를 정확하게 측정하기 위해 30으로 설정할 수 있으며, 셀런키 필터 회로(SF)의 차단 주파수 및 품질 계수는 140Hz 및 0.707로 설정하여, 게인 감쇠 없이 60Hz 전력 신호를 얻을 수 있도록 할 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 1의 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기의 고장 발생시 구동 순서를 도시한 순서도가 도시되어 있다. 이와 같은 마이크로 보호기기(110)는 DSP 제어기(115)의 제어 및 설정에 의해 구동될 수 있다.
우선 1단계(S1)에서는 마이크로 보호기기(110)의 디바이스 타입과, 동작 순서를 설정할 수 있다. 여기서 디바이스 타입은 회로 차단기(C), 리클로저(R) 및 섹션 스위치(S)를 포함할 수 있으며, 그중 어느 하나로 동작할 수 있다. 또한 동작 순서는 최대 동작 횟수(MN), k 번째 고장 전류 차단 동작에서의 최대 허용 동작 시간(OT(k)), 그리고 k 번째 고장 전류 차단 동작 후 k 번째 차단 동작까지의 최대 허용 인터럽트(interrupting) 시간(IT(k))을 포함할 수 있다. 여기서, k는 마이크로 보호기기(110)가 고장 전류를 차단한 동작 횟수를 나타내는 임의의 자연수일 수 있다.
또한 2단계(S2)에서는 마이크로 보호기기(110)의 동작 모드를 설정(S2)할 수 있다. 여기서 마이크로 보호기기(110)의 고장 전류 차단 횟수인 고장 카운터(FC) 값을 0으로 설정하고, 동작 순서 모드(OSM)를 0으로 설정하고 시스템 상태(SS)를 정상 상태인 'N'으로 설정한다. 상기 동작 순서 모드(OSM)는 0, 1 또는 2 일 수 있다. 여기서 0은 정상 모드이고, 1은 고장 모드(FM)이며, 2는 인터럽트(interrupting) 모드(IM)일 수 있다. 여기서 고장 모드(FM)는 마이크로 보호기기(110)가 동작시킴으로써, 고장이 발생하는 시점부터 고장이 완전히 제거되는 시점까지의 기간을 의미한다. 또한 인터럽트 모드(IM)는 고장이 제거된 시점부터 스위치를 다시 닫을 때까지의 기간을 의미한다.
또한 3단계(S3)에서는 마이크로 보호기기(110)의 실효값(RMS)을 산출할 수 있다. 1차측 전압 센싱 회로(111), 1차측 전류 센싱 회로(112) 및 2차측 전압 센싱 회로(113)에서 각각 1차 측의 전류들 중 기본 회로(BC)의 전류인 IA, IB, IC와, 증폭 회로(AC)에서 30배 증폭된 전류들 I* A, I* B, I* C, 1차 측 상 전압들 VA, VB, VC 및, 2차 측 상 전압들 VR, VS, VT의 샘플링 데이터들을 순차적으로 읽어 들여 각각 1사이클 동안 샘플링 데이터들을 저장하고 실효값(RMS)을 산출한다.
또한 4단계(S4)에서는 동작 순서 모드(OSM)가 고장 모드(FM)인지 여부를 확인하여, 고장모드(FM)일 경우 5단계(S5)가 진행되고, 고장 모드(FM)가 아닐 경우 10단계(S10)가 진행될 수 있다.
또한 5단계(S5)에서는 시스템 상태를 확인한 후, 고장 유형을 결정 할 수 있다. 여기서 시스템 상태(SS)는 정상 상태(N)또는 고장 상태(F) 중 하나 일 수 있다. 또한 고장 유형(FT)은 3 상 단락 고장(3S), 상간의 단락 고장(2S) 또는 1상 지락 고장(1G)중 하나 일 수 있다.
상기 마이크로 보호기기(110)의 시스템 상태를 확인한 후, 고장 상태를 결정하는 방법은 고장 감시를 시작하기 위해서 감시 상(P)을 A 상으로 설정할 수 있다. 또한 감시 상(P) 전류가 부하 전류 측정 범위 내에 있는 경우, 고장 결정 후보 전류(ICP)를 부하 전류 측정 범위 회로(증폭 회로(AC))에서 얻은 전류 (I* P)로 설정하고, 그렇지 않으면 고장 결정 후보 전류(ICP)를 고장 전류 측정 범위 회로(기본 회로(BC))에서 얻은 전류(IP)를 고장 결정 후보 전류로 설정한다. 또한 고장 결정 후보 전류(ICP)가 마이크로 보호기기(110)의 동작 전류(IOC)보다 적은 경우 고장을 확인한 후 고장 상태를 결정할 수 있다. 또한 고장 결정 후보 전류(ICP)가 마이크로 보호기기(110)의 동작 전류(IOC)보다 크거나 같을 경우 감시 상(P)을 고장 상태(F)로 설정하고, 고장 유형을 결정할 수 있다.
또한 6단계(S6)에서는 마이크로 보호기기(110)의 시스템 상태(SS)가 정상 상태(N)여부를 확인할 수 있다. 시스템 상태(SS)가 정상 상태(N)일 경우 3단계(S3)가 진행되고, 시스템 상태(SS)가 고장 상태(F)일 경우 7단계(S7)가 진행될 수 있다.
또한 7단계(S7)에서는 동작 순서 모드(OSM)가 고장 모드(FM)와 동일한지 여부를 확인할 수 있다. 상기 동작 순서 모드(OSM)가 고장 모드(FM)와 다른 경우 고장 발생 시간(FOT)을 현재 시간(CT)으로 설정하고 고장 지속 시간(FDT)을 0으로 설정(S7a)할 수 있다. 또한 동작 순서 모드(OSM)가 고장 모드(FM)와 같다면 고장 지속 시간(FDT)을 현재 시간(CT)에서 고장 발생 시간(FOT)을 뺀 값으로 설정(S7b)할 수 있다.
또한 8단계(S8)에서는 고장 지속 시간(FDT)이 동작 시간(OT)보다 큰지 여부를 확인할 수 있다. 고장 지속 시간(FDT)이 동작 시간(OT)과 같거나 작으면 동작 순서 모드(OSM)를 고장 모드(FM)로 설정(S8a)하고 3단계(S3)가 진행될 수 있다. 또한 고장 지속 시간(FDT)이 동작 시간(OT)보다 크면, 하나의 고장에 대한 고장 전류 경험이나 재폐로 동작 수를 횟수를 확인하기 위해 고장 카운터(FC)를 1 씩 증가시키고 동작 순서 모드(OSM)를 정상모드인 0으로 설정(S82)한다.
또한 9단계(S9)에서는 디바이스 타입(DT)이 섹션 스위치(S)인지 여부를 확인할 수 있다. 디바이스 타입(DT)이 섹션 스위치(S)일 경우 3단계(S3)가 진행될 수 있다. 또한 디바이스 타입(DT)이 섹션 스위치(S)가 아닐 경우, 스위칭 디바이스(114)를 개방함으로써, 입력측과 출력측을 분리(S9a)시킬 수 있다. 이와 같은 스위칭 디바이스(114)의 개방에 의해서 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터의 정상 회로에서 고장회로를 분리시킬 수 있다.
또한 10단계(S10)에서는 고장 카운터(FC)가 최대 동작 횟수(MN)와 동일한지 여부를 확인할 수 있다. 고장 카운터(FC)가 최대 동작 횟수(MN)와 동일할 경우, 영구 고장이므로 수리가 완료될 때까지 작업자의 안전을 보장하기 위해 마이크로 보호기기를 잠금 상태로 설정 한 다음, 고장 수리(S10a)가 완료되면 잠금을 해제하여 보호기기의 상태를 원래 상태로 되돌린 후 2단계가 진행될 수 있다. 또한 고장 카운터(FC)가 최대 동작 횟수(MN)보다 작을 경우에는 11단계(S11)가 진행될 수 있다.
또한 11단계(S11)에서는 동작 순서 모드(OSM)가 인터럽트 모드(IM)와 동일한지 여부를 확인할 수 있다. 동작 순서 모드(OSM)가 인터럽트 모드(IM)와 다를 경우 인터럽트 지속 시간(IDT)을 0으로 설정하고 인터럽트 발생 시간(IOT)을 현재 시간(CT)으로 설정(S11a)할 수 있다. 동작 순서 모드(OSM)가 인터럽트 모드(IM)와 동일할 경우 인터럽트 지속 시간(IDT)을 현재 시간(CT)에서 인터럽트 발생 시간(IOT)을 뺀 값으로 설정(S11b)할 수 있다.
또한 12단계(S12)에서는 인터럽트 지속 시간(IDT)이 최대 허용 인터럽트 시간(IT)보다 큰지 여부를 확인할 수 있다. 인터럽트 지속 시간(IDT)이 최대 허용 인터럽트 시간(IT)보다 작거나 같은 경우 3단계(S3)로 진행될 수 있다. 또한 인터럽트 지속 시간(IDT)이 최대 허용 인터럽트 시간(IT)보다 클 경우 스위칭 디바이스(114)를 재폐(S12a)시킨 후, 3단계(S3)가 진행될 수 있다.
도 5는 도 1의 마이크로 보호 기기가 장착된 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 인공 고장 발생 장치의 구조도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 상기 인공 고장 발생 장치(120)는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터의 임의의 위치에 장착되어, 3상 단락 고장, 상간 단락 고장 또는 1선 지락고장과 같은 저 임피던스 고장(LIF) 그리고 고 임피던스 고장(HIF)을 인공적으로 발생시킬 수 있도록, 5개의 스위치 S3s, SA, SB, SC 및 스마트 그리드(SG)와 3개의 고장전류제한 저항들(RA, RB, RC) 및, 아크고장 접속함(121)으로 구성될 수 있다. 이와 같은 인공 고장 발생 장치(120)는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터의 임의의 위치에 장착되어, 다양한 고장을 발생시킬 수 있으며, 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터에 장착된 다수의 마이크로 보호기기(110)들 사이의 보호 협조 제어를 검증하기 위한 용도로 이용될 수 있다.
여기서 5개의 스위치는 중 S3s는 3상 단락 고장 시험용으로 설계된 차단 용량 30A의 3극 회로 차단기이고, SA, SB, SC 및 스마트 그리드(SG)는 상간 단락 고장 시험용으로 설계된 30A 차단 용량의 단극 회로 차단기일 수 있다. 또한 고장전류제한 저항들(RA, RB, RC)은 고장전류를 제한하기 위해 도입된 3개의 1Ω 200W 저항일 수 있다.
상기 인공 고장 발생 장치(120)는 3상 단락 고장, 상간 단락 고장 또는 1선 지락고장과 같은 저 임피던스 고장(LIF) 그리고 고 임피던스 고장(HIF)을 인공적으로 발생시키기 위해서, 5개의 스위치 S3s, SA, SB, SC 및 스마트 그리드(SG) 및 아크고장 접속함(121)의 구동을 아래의 [표 1]과 같이 구동 제어할 수 있다.
고장시나리오
타입 # 고장상(FP) 투입 스위치(CSW) 개방 스위치(OSW) 아크고장단자
3상단락고장 (TPSF) LIF 1 ABC S3s SA SB, SC, SG 개방
상간단락고장(PPSF) LIF 2 A to B SA, SB S3s, SG, SC 개방
3 B to C SB, SC S3s, SG, SA 개방
4 C to A SC, SA S3s, SG, SB 개방
1선지락고장 (SPGF) LIF 5 A SG, SA S3s, SB, SC 단락
6 B SG, SB S3s, SA, SC
7 C SG, SC S3s, SA, SB
HIF 8 A SG, SA S3s, SB, SC 아크고장장치 접속
9 B SG, SB S3s, SA, SC
10 C SG, SC S3s, SA, SB
[표 1]에서 SPGF는 1선 지락 고장, PPSF는 상간 단락 고장 그리고 TPSF 는 3상 단락 고장을 나타낸다. #은 고장사례 번호, FP는 고장 상을 표시하며 CSW 및 OSW는 각각 고장 시나리오 실현을 위해 차단되는 스위치와 개방되는 스위치를 표시한다. 고장 시나리오 1은 3상 단락고장, 고장 시나리오 2, 3 및 4는 각각 A-B상간, B-C상간 그리고 C-A상간 상간 단락 고장들, 그리고 고장 시나리오 5, 6 및 7은 각각 A상, B상 그리고 C상에서 발생하는 1선 지락 고장들을 모의할 수 있다. 그리고 고장 시나리오 8, 9 및 10은 각각 A상, B상 그리고 C상에서 발생하는 고임피던스 고장(HIF)들을 모의할 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 1의 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기를 평가하기 위한 성능 평가 시스템의 구조도가 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 성능 평가 시스템(100)은 마이크로 변전소 변압기(ST), 마이크로 보호기기(110), 3상 부하(R3), 인공 고장 발생 장치(120)를 포함할 수 있다. 여기서 성능 평가 시스템(100)은 마이크로 보호기기(110)의 프로토타입의 성능을 시험하고 평가할 수 있다. 여기서 마이크로 변전소 변압기(ST)는 용량 190VA, 전압 380/19V, △-Y 배선 연결 및 20x15cm2의 3상 변압기로 이루어질 수 있다. 또한 3상 부하(R)는 3개의 30Ω 50W 저항들로 이루어질 수 있다.
상기 인공 고장 발생 장치(120)는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터의 임의의 위치에 장착되어, 3상 단락 고장, 상간 단락 고장 또는 1선 지락고장과 같은 저 임피던스 고장(LIF) 그리고 고 임피던스 고장(HIF)을 인공적으로 발생시킬 수 있도록, 5개의 스위치 S3s, SA, SB, SC 및 스마트 그리드(SG)와 3개의 고장전류제한 저항들(RA, RB, RC) 및, 아크고장 접속함(121)으로 구성될 수 있다. 이와 같은 인공 고장 발생 장치(120)의 구성 및 동작은 도 5에 도시된 인공 고장 발생 장치(120)와 동일할 수 있다.
또한 성능 평가 시스템(100)은 인공 고장 발생 장치(120)에서 고장을 임의적으로 발생시킨 후, 마이크로 보호기기(110)가 도 4에 도시된 동작 순서에 따라 올바르게 동작하는 것을 확인함으로써 검증할 수 있다. 또한 성능 평가 시스템(100)은 임의의 고장 상태에서의 마이크로 보호기기(110)의 각상의 전류 파형을 마이크로 보호기기용 EMTP-RV 모델과 비교하여, 성능 검증을 2차적으로 확인할 수 있다. 이와같은 성능 평가 시스템(100)은 인공 고장 발생 장치(120)에서 임의로 발생 가능한 고장시나리오별로 마이크로 보호기기(110)에 대한 EMTP-RV 모델을 저장하는 메모리를 더 포함할 수 있다. 또한 성능 평가 시스템(100)은 인공 고장 발생 장치(120)에서 임의로 고장을 발생시킨 상기 마이크로 보호기기(110)의 입력측에 장착되어, 전류 파형을 측정하는 오실로스코프를 더 포함할 수 있다. 상기 성능 평가 시스템(100)은 오실로스코프로부터 얻어지는 각상의 전류 파형을 임의의 고장에 대한 마이크로 보호기기(110)의 기 설정된 동작순서와 비교 평가하고, EMTP-RV 모의결과로부터 얻어지는 각상의 파형들과 비교 평가함으로서 상기 마이크로 보호기기의 성능을 평가할 수 있다.
또한 성능 평가 시스템(100)은 임의의 고장 상태에서의 마이크로 보호기기(110)의 각상의 전류 파형을 EMTP-RV 모델과 비교하기 위한 비교기를 더 포함할 수 있다.
도 7 내지 도 9에서는 인공 고장 발생 장치(120)를 통해 임의의 고장을 발생시킨 후, 성능 평가 시스템(100)에서 마이크로 보호기기(110)의 성능 평가를 검증한 실험 결과가 도시되어 있다.
여기서 마이크로 보호기기(110)의 디바이스 유형은 리클로저(R), 최대 동작 횟수(MN)는 4, 최대 허용 동작 시간(OT(k))은 {40, 40, 80, 80}, 최대 허용 인터럽트 시간(IT(k))은 {200, 200, 400}으로 설정한 후, 성능을 검증한다.
도 7(a) 내지 도 7(c)을 참조하면, 인공 고장 발생 장치(120)에 의해 3상 단락 고장을 모의했을 경우의 실험결과이다. 우선 도 7(a)은 마이크로 보호기기(110)의 1차측 전류 센싱 회로(112)에서 측정된 3상 단락고장에 대한 A상, B상 그리고 C상의 전류 파형이 도시되어 있다. 도 7(b)을 참조하면, 도 7(a)에 도시된 3상 단락고장에 대한 3상 전류 파형 전체 결과가 도시되어 있다. 여기서 도 7(a)과 도 7(b)에서 각 상간의 위상차는 120°일 수 있다. 도 7(a)과 도 7(b)에 도시된 결과에서 알 수 있듯이, 인공 고장 발생 장치(120)에서 마이크로 보호기기(110)에 3상 단락 고장을 발생시켰고, 마이크로 보호기기(110)에서는 3상 단락 고장을 인식하였으며, 사전 정의된 최대 동작 횟수(MN), 최대 허용 동작 시간(OT(k)) 및 최대 허용 인터럽트 시간(IT(k))을 기반으로 마이크로 보호기기(110)가 동작함을 확인할 수 있다.
또한 도 7(c)을 참조하면, EMTP-RV 시뮬레이션 작업으로 얻은 3상 고장전류 파형이 도시되어 있는데, 이는 도 7(b)에 도시된 실험을 통해 얻은 파형과 동일한 것을 통해, 성능 평가 시스템(100)에서 마이크로 보호기기(110)성능을 검증할 수 있다.
도 8(a) 내지 도 8(c)을 참조하면 인공 고장 발생 장치(120)에 의해 A상과 B상간 단락 고장을 모의했을 경우의 실험결과이다. 도 8(a)은 A-B상 간 단락고장에 대한 마이크로 보호기기(110)의 1차측 전류 센싱 회로(112)에서 측정된 각 상의 전류파형이 도시되어 있다. 도 8(b)을 참조하면, 도 8(a)에 도시된 A-B상 간 단락고장에 대한 3상 전류 파형 전체 결과가 도시되어 있다. 여기서 도 8(a)과 도 8(b)에서 각 상간의 위상차는 180°일 수 있다. 도 8(a)과 도 8(b)에 도시된 결과에서 알 수 있듯이, 인공 고장 발생 장치(120)에서 마이크로 보호기기(110)에 A-B상 간 단락고장을 발생시켰고, 마이크로 보호기기(110)에서는 A-B상 간 단락고장을 인식하였으며, 사전 정의된 동작 순서에 따라 재폐로 동작을 실행하여 고장을 제거함을 확인할 수 있다.
또한 도 8(c)을 참조하면, EMTP-RV 시뮬레이션 작업으로 얻은 A-B상 간 단락고장 전류 파형이 도시되어 있는데, 이는 도 8(b)에 도시된 실험을 통해 얻은 파형과 거의 동일한 것을 통해, 성능 평가 시스템(100)에서 마이크로 보호기기(110)의 성능을 검증할 수 있다.
도 9(a) 내지 도 9(b)을 참조하면 인공 고장 발생 장치(120)에 의해 B상 지락 고장을 모의했을 경우의 실험결과이다. 도 9(a)은 B상 지락 고장에 대한 마이크로 보호기기(110)의 1차측 전류 센싱 회로(112)에서 측정된 각 상의 전류파형이 도시되어 있다. 도 7(a)에 도시된 결과에서 알 수 있듯이, 인공 고장 발생 장치(120)에서 마이크로 보호기기(110)에 B상 지락 고장을 발생시킴으로써, B상에서만 고장 전류가 발생된 것을 확인할 수 있다. 또한 마이크로 보호기기(110)가 B상 지락 고장을 인식하였으며, 사전 정의된 최대 동작 횟수(MN), 최대 허용 동작 시간(OT(k)) 및 최대 허용 인터럽트 시간(IT(k))을 기반으로 재폐로 동작을 실행하여 고장을 제거함을 확인할 수 있다.
또한 도 9(b)을 참조하면, EMTP-RV 시뮬레이션 작업으로 얻은B상에서만 고장 전류 파형이 도시되어 있는데, 이는 도 9(a)에 도시된 실험을 통해 얻은 파형과 거의 동일한 것을 통해, 성능 평가 시스템(100)에서 마이크로 보호기기(110)성능을 검증할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 및 구동 방법, 인공 고장 발생 장치 및, 성능 평가 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 성능 평가 시스템 110: 마이크로 보호기기
120: 인공 고장 발생 장치

Claims (14)

  1. 입력측에 장착되어 입력측의 3상 전압을 측정하는 1차측 전압 센싱 회로;
    입력측에 장착되어 입력측의 3상 전류를 측정하는 1차측 전류 센싱 회로;
    출력측에 장착되어 출력측의 3상 전압을 측정하는 2차측 전압 센싱 회로;
    상기 입력측과 상기 출력측에 사이에 전기적으로 연결된 스위칭 디바이스; 및
    상기 1차측 전압 센싱 회로, 상기 1차측 전류 센싱 회로, 상기 2차측 전압 센싱 회로 및 상기 스위칭 디바이스와 전기적으로 연결되어, 상기 1차측 전압 센싱 회로, 상기 1차측 전류 센싱 회로 및 상기 2차측 전압 센싱 회로에서 수집된 정보를 수신하여 고장 유형을 판단하고, 고장 유형에 따라 상기 스위칭 디바이스의 온 또는 오프를 제어하는 DSP 제어기를 포함하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차측 전압 센싱 회로와 상기 2차측 전압 센싱 회로는 각각 저항 분배기 회로, 이득 1을 갖는 전압 추종 회로, 펄스 변압기, 셀런키 필터 회로(SF) 및 DC 오프셋 회로를 포함하는 DSP 제어기를 포함하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차측 전류 센싱 회로는 고장 전류 측정하기 위한 기본 회로; 및 부하 전류를 30배 증폭한 전류를 측정하기 위한 증폭 회로를 포함하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기본 회로는 셀런키 필터 회로 및 DC 오프셋 회로를 포함하고,
    상기 증폭 회로는 증폭기, 셀런키 필터 회로 및 DC 오프셋 회로를 포함하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기.
  5. 3상 마이크로 보호기기의 디바이스 타입과, 동작 순서를 설정하는 1단계;
    상기 마이크로 보호기기의 동작 모드를 설정하는 2단계;
    상기 마이크로 보호기기의 실효값을 산출하는 3단계;
    상기 마이크로 보호기기의 동작 순서 모드가 고장 모드인지 여부를 확인하는 4단계;
    상기 4단계에서 동작 순서 모드가 고장모드일 경우, 고장 유형을 결정하는 5단계;
    상기 마이크로 보호기기의 시스템 상태가 정상 상태인지 여부를 확인하는 6단계;
    상기 6단계에서 시스템 상태가 고장 상태인 것으로 확인 되면, 상기 동작 순서 모드가 고장 모드와 동일한지 여부를 확인하고, 상기 동작 순서 모드가 고장 모드와 다른 경우 고장 발생 시간을 현재 시간으로 설정하고 고장 지속 시간을 0으로 설정하며, 상기 동작 순서 모드가 고장 모드와 같다면 고장 지속 시간을 현재 시간에서 고장 발생 시간을 뺀 값으로 설정하는 7단계;
    상기 고장 지속 시간이 동작 시간보다 큰지 여부를 확인하고, 상기 고장 지속 시간이 동작 시간과 같거나 작으면 동작 순서 모드를 고장 모드로 설정하고, 고장 지속 시간이 동작 시간보다 크면, 고장 카운터를 1 증가시키고 동작 순서 모드를 정상모드로 설정하는 8단계;
    상기 마이크로 보호기기의 디바이스 타입이 섹션 스위치인지 여부를 확인하고, 디바이스 타입이 섹션 스위치가 아니면 상기 마이크로 보호기기의 스위칭 디바이스를 개방함으로써, 입력측과 출력측을 분리하는 9단계;
    상기 마이크로 보호기기의 고장 카운터가 최대 동작 횟수와 동일한지 여부를 확인하는 10단계;
    상기 10단계에서 고장 카운터가 최대 동작 횟수보다 작을 경우, 동작 순서 모드가 인터럽트 모드와 동일한지 여부를 확인하고, 상기 동작 순서 모드가 인터럽트 모드와 다를 경우 인터럽트 지속 시간을 0으로 설정하고 인터럽트 발생 시간을 현재 시간으로 설정하며, 상기 동작 순서 모드가 인터럽트 모드와 동일할 경우 인터럽트 지속 시간을 현재 시간에서 인터럽트 발생 시간을 뺀 값으로 설정하는 11 계; 및
    상기 마이크로 보호기기의 인터럽트 지속 시간이 최대 허용 인터럽트 시간보다 큰지 여부를 확인하고, 인터럽트 지속 시간이 최대 허용 인터럽트 시간보다 작거나 같은 경우 3단계가 진행되고, 인터럽트 지속 시간이 최대 허용 인터럽트 시간보다 클 경우 스위칭 디바이스를 재폐시킨 후, 3단계로 이동하는 12단계를 포함하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 구동 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 1단계에서
    상기 디바이스 타입은 상기 마이크로 보호기기가 회로 차단기, 리클로저 및 섹션 스위치 중 어느 하나이고, 상기 동작 순서는 최대 동작 횟수, k 번째 고장 전류 차단 동작에서의 최대 허용 동작 시간, k 번째 고장 전류 차단 동작 후 k 번째 차단 동작까지의 최대 허용 인터럽트 시간을 포함하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 구동 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 2단계에서
    상기 동작 모드는 고장 전류 차단 횟수인 고장 카운터 값을 0으로 설정하고, 동작 순서 모드를 0으로 설정하고 시스템 상태를 정상 상태로 설정하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 구동 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 3단계에서 실효값은
    상기 마이크로 보호기기에 포함된 1차측 전압 센싱 회로, 1차측 전류 센싱 회로 및 2차측 전압 센싱 회로에서 측정된 전압 및 전류 데이터를 순차적으로 읽어서 1사이클 동안의 데이터를 저장하고 산출되는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 구동 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 4단계에서 상기 동작 순서 모드가 고장모드일 경우 5단계가 진행되고, 고장 모드가 아닐 경우 10단계가 진행되는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 구동 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 5단계에서
    상기 고장 유형은 3 상 단락 고장, 상간의 단락 고장 또는 1상 지락 고장 중 하나이고, 상기 마이크로 보호기기에서 감시상을 설정하고, 상기 감시상의 전류를 확인하여 상기 감시상의 고장 상태에 따라 고장 유형을 결정하는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 구동 방법.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 6단계에서는 시스템 상태가 정상 상태일 경우 3단계가 진행되고, 상기 시스템 상태가 고장 상태일 경우 7단계가 진행되는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 구동 방법.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 10단계에서는 고장 카운터가 최대 동작 횟수와 동일할 경우, 영구 고장이므로 수리가 완료될 때까지 작업자의 안전을 보장하기 위해 보호기기를 잠금 상태로 설정한 다음, 고장 수리가 완료되면 잠금을 해제하여 마이크로 보호기기의 상태를 원래 상태로 되돌린 후 2단계가 진행되는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기 구동 방법.
  13. 마이크로 보호기기가 장착된 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이션의 3상 선로 상에 장착되어,
    3상 단락 고장, 상간 단락 고장 또는 1선 지락고장과 같은 저 임피던스 고장과, 고 임피던스 고장을 인공적으로 발생시킬 수 있는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이션용 인공 고장 발생 장치.
  14. 입력측에 장착되어 입력측의 3상 전압을 측정하는 1차측 전압 센싱 회로와, 입력측에 장착되어 입력측의 3상 전류를 측정하는 1차측 전류 센싱 회로와, 출력측에 장착되어 출력측의 3상 전압을 측정하는 2차측 전압 센싱 회로와, 상기 입력측과 상기 출력측에 사이에 전기적으로 연결된 스위칭 디바이스 및, 상기 1차측 전압 센싱 회로, 상기 1차측 전류 센싱 회로, 상기 2차측 전압 센싱 회로 및 상기 스위칭 디바이스와 전기적으로 연결되어, 상기 1차측 전압 센싱 회로, 상기 1차측 전류 센싱 회로 및 상기 2차측 전압 센싱 회로에서 수집된 정보를 수신하여 고장 유형을 판단하고, 고장 유형에 따라 상기 스위칭 디바이스의 온 또는 오프를 제어하는 DSP 제어기를 포함하는 마이크로 보호기기; 및
    상기 마이크로 보호기기가 장착된 3상 선로 상에 장착되어, 3상 단락 고장, 상간 단락 고장 또는 1선 지락고장과 같은 저 임피던스 고장과, 고 임피던스 고장을 인공적으로 발생시킬 수 있는 인공 고장 발생 장치를 포함하며,
    상기 마이크로 보호기기의 입력측에 장착된 오실로스코프로부터 얻어지는 각상의 전류 파형을 기 설정된 동작 순서와 비교 평가하고, 마이크로 보호기기용 EMTP-RV 모의 결과와 비교하여, 상기 마이크로 보호기기의 성능을 평가할 수 있는 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터용 마이크로 보호기기의 성능 평가 시스템.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150041517A (ko) 2013-10-08 2015-04-16 남서울대학교 산학협력단 Mems 기술을 활용한 마이크로 스마트 그리드 시뮬레이터 및 시뮬레이션 방법
KR101514999B1 (ko) * 2013-10-29 2015-04-24 남서울대학교 산학협력단 배전계통에서 스마트 보호기기를 이용한 자율적 고장구간 확인 및 분리 방법 및 그 시스템

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