[논문]PC 인터페이스에 의한 디지털 계전기 시험기

박철원; 신명철

[국내논문] PC 인터페이스에 의한 디지털 계전기 시험기
A PC Based Tester for Digital Relay 원문보기

전기학회논문지. The transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. A / A, 전력기술부문, v.49 no.11, 2000년, pp.536 - 541

박철원 (원주대 전기과) , 신명철 (성균관대 전기전자 및 컴퓨터 공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Digital protective relay in power system play a prominent part. Simulators for the relay test were introduced in early 1980's. A number of open loop designs have been developed and recently, several developments of real-time simulators have been reported. But they are very high cost. And then they are difficult to apply for relay testing in small business. This paper presents the structure of low cost and performance of a new pc based tester for digital protective relay testing. The proposed tester was simulated of off-line with fault transient signals obtained from EMTP.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 제작한 디지털 계전기 성능 시험기의 올바른 동작을 평가하기 위하여 EMTP의 시뮬레이션으로부터 수집한 출력데이터파일을 재생시키고 , 소프트웨어적으로 처리하여 발생되는 임의 파형을 재생시켜 비교 · 검토하였다. 또한, 모의된 계통에서 전류와 전압의 신호를 수집한 후 전형적인 거리계전기법에 적용하여 성능을 평가하였다.
따라서 본 논문에서는 종래의 시뮬레이터보다 경제성과 유연성을 고려하여 PC와 인터페이스(interface)가 용이한 디지털 계전기의 성능 시험기를 설계하였다[11]. 제안된 이 시험기는 개방 루프(open loop)으로서 계동모의에 있어서 널리 사용되고 있는 전자과도해석 프로그램인 ENTTP를 기반으로 하였다.

제안 방법

계전기의 성능 시험기를 설계하였다[11]. 제안된 이 시험기는 개방 루프(open loop)으로서 계동모의에 있어서 널리 사용되고 있는 전자과도해석 프로그램인 ENTTP를 기반으로 하였다. 그리고 PC를 이응하여 전력계롱의 각종 사고를 모의 계산한 후 그 결과 전압, 전류신호들을 제작된 PC 인터페이스 시험기를 통하여 시험대상인 디자퇼 보호계전기의 입력신호로 사용할 수 있도록 하였다.
제안된 이 시험기는 개방 루프(open loop)으로서 계동모의에 있어서 널리 사용되고 있는 전자과도해석 프로그램인 ENTTP를 기반으로 하였다. 그리고 PC를 이응하여 전력계롱의 각종 사고를 모의 계산한 후 그 결과 전압, 전류신호들을 제작된 PC 인터페이스 시험기를 통하여 시험대상인 디자퇼 보호계전기의 입력신호로 사용할 수 있도록 하였다. 또한, 사용자 정의한 임의 신호들의 발생도 가능하여 파형발생기의 기능도 내장하였다.
그리고 PC를 이응하여 전력계롱의 각종 사고를 모의 계산한 후 그 결과 전압, 전류신호들을 제작된 PC 인터페이스 시험기를 통하여 시험대상인 디자퇼 보호계전기의 입력신호로 사용할 수 있도록 하였다. 또한, 사용자 정의한 임의 신호들의 발생도 가능하여 파형발생기의 기능도 내장하였다. 제안한 시험기의 타당성 검중을 위하여 EMTP 시뮬레이션으로부터 수집한 모델 송전선로의 과도상태 데이터를 이용하여 오프라인 및 온라인 시험을 하였다.
또한, 사용자 정의한 임의 신호들의 발생도 가능하여 파형발생기의 기능도 내장하였다. 제안한 시험기의 타당성 검중을 위하여 EMTP 시뮬레이션으로부터 수집한 모델 송전선로의 과도상태 데이터를 이용하여 오프라인 및 온라인 시험을 하였다.
본 시험기는 시제품 디지털 계전기의 정확한 동작을 테스트하기 위해 개발된 것으로 EMTP를 기반으로 실 계통 모델에 대한 시뮬레이션을 하고 그 결과를 아날로그 파형으로 출력함으로써 실 계롱에 계전기를 설치하여 그 성능 평가를 하는 것과 동일한 효과를 내도록 설계되었다. 이 시험기는 IBM PC용 EMIP를 시뮬레이션 엔진으로 하였고, 표시유닛(display unit)을 내장하고 있으며, IBM PC의 ISA 버스를 이용하여 인터페이싱을 한 후, D/A 변환과 신호 증폭 (signal amplification)을 수행하도록 구성되어 있다.
D/A 인터페이스는 12 bit D/A 컨버터 6 채널로 각각 Va, Vb, Vc, Ia, Ib, Ic 의 계전 파형을 얻을 수 있도록 구성하였으며, PT, CT를 거쳐 시험대상 디지털 계전기의 입력으로 들어가는 2차측의 전압, 전류레벨에 맞도록 조절해주는 중폭부로 구성된다.
부가하여 아날로그. 파형의 출력부에는 고정된 전압 범위의 츨력과조정기를 사응한 가변 출력전압을 얻을 수 있도록 설계하였다. 제작된 디지털 계전기 시험기의 사양은 표 1과 같다.
또한, 모의된 계통에서 전류와 전압의 신호를 수집한 후 전형적인 거리계전기법에 적용하여 성능을 평가하였다. 모델계롱은 그림 3과 같이 154[KV] 송전계통으로 전체 긍장이 160[km] 이다 [4].
그림 4(b)는 본 시험기에 의하여 재생된 아날로그 파형으로서 HP 0SC로 하드 카피한 것이다. 구체적인 비교를 위하여 다음과 같이 FFT 분석과 THD를 수행하였다.
제안된 시험기의 타당성을 확고히 하기 위하여 EMTP 시믈레이션으로부터 얻은 데이터와 시험기를 통하여 재 수집된 신호를 이용하여 장거리 송전선 보호에 널리 사웅되고 있는 일반적인 거리계전 알고리즘[12]에 적응한 후, RX 궤적과 계통변화에 따른 성능을 비교함으로서 디지털 보호계전기 개발 및 성능시험에 활용할 수 있는지의 여부를 평가하였다.

대상 데이터

것과 동일한 효과를 내도록 설계되었다. 이 시험기는 IBM PC용 EMIP를 시뮬레이션 엔진으로 하였고, 표시유닛(display unit)을 내장하고 있으며, IBM PC의 ISA 버스를 이용하여 인터페이싱을 한 후, D/A 변환과 신호 증폭 (signal amplification)을 수행하도록 구성되어 있다. 그림 1은 디지털 계전기의 성능 시험을 위한 전반적인 시스템으로서 시뮬레이션 엔진, D/A 인터페이스, 시험 대상(target) 시스템, 그리고 모니터링 유닛으로 구성된다.

이론/모형

시뮬레이션 엔진은 전력계통의 정상상태 및 과도현상을 해석하는데 인증 되어 널리 활용되고 있는 EMTP가 사용되었다. EMIT를 기반으로 시뮬레이션 PC와 시험대상 디지털 계전기 사이에 PC 인터페이스를 구성함으로 디지털 계전기의 동작을 시험할 수 있도록 되어있다.

성능/효과

여기서 시험 조건은 고장거리는 80km이고, 고장발생 저항은 l[Ω]인 경우이다.표 2로부터 A/D변환에서의 양자화 오차를 고려하면 계통의 여러 변화에 대해서도 대체적으로 만족할 만한 결과가 나타남을 알 수 있다.
MP를 계통의 시뮬레이션 주 엔진으로 채택하였으므로 계통의 모델링이 올바르게 시행된다면 그에 따른 시험결과를 신뢰할 수 있다. 과도상태의 EMTP 출력 데이터와 사용자가 원하는 임의 신호를 재생시킨 파형의 위상과 크기, 직류옵셋 및 고조파의 포함 여부 둥을 비교한 결과 신호의 왜곡이 없이 양호함을 알 수 있다. 이에 따라 제안된 시험기를 디지털 거리계전기법에 오프라인 및 온라인 시험한 결과 만족할 결과를 나타내었기 때문에 시제품 디지털 계전기의 성능시험과 계전 알고리즘 개발에 효과적으로 이용할 수 있다.
과도상태의 EMTP 출력 데이터와 사용자가 원하는 임의 신호를 재생시킨 파형의 위상과 크기, 직류옵셋 및 고조파의 포함 여부 둥을 비교한 결과 신호의 왜곡이 없이 양호함을 알 수 있다. 이에 따라 제안된 시험기를 디지털 거리계전기법에 오프라인 및 온라인 시험한 결과 만족할 결과를 나타내었기 때문에 시제품 디지털 계전기의 성능시험과 계전 알고리즘 개발에 효과적으로 이용할 수 있다. 시험시 계전기의 입력 · 츨력신호에 대한 모니터링이 가능하며, 사용자가 원하는 임의 신호의 재생이 가능하기 때문에 다른 디지털 전력제어기 시험에 확대 · 적용이 가능하다.

후속연구

향후 사용자의 조작 편의성을 위한 MMI의 보완과 계통 신호들의 다양한 분석기능을 추가할 예정이다.

참고문헌 (12)

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상세보기
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상세보기
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박철원, 신명철외 3인, 'PC 인터페이스를 이용한 디지털 보호계전기 시뮬레이터', 대한전기학회 하계학술대회 논문집, pp.2902-2904, 1999.7
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