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문제 정의
- 그 외 계전기의 재정정 영역은 쉽게 찾을 수 있다. 그러므로 본 논문은 거리계전기에 대한 재정정 영역을 판별하는 데 초점을 두었다. 재정정 영역 판별하는데 있어 대상 시스템은 그림 1의 한전 345kV 실계통을 기준으로 2회선 병렬송전선로의 1회선 선로 변경되었을 경우 계통 사고 시 재정정 영향 계전기 선정에 대한 연구를 하였다.
가설 설정
- 다음과 같다. 계통 변경에 의하여 전체 계통에서 겉보기계수가 변하지만 보호계전기의 재정정에 필요가 있는 겉보기계수의 변화를 본 연구에서는 ±10%로 보았으며 이로 인한 정정값의 최대변화는 Z1 + (Z2±0.1) = Zzone_2이며, 만약 이 값이 자단 임피던스의 125%보다 작더라도 Zone_2 정정값은 자단 임피던스의 125%로 정정되므로 Zone_2의 원래 목적인 자단 100% 보호에는 문제가 없다는 가정을 하였다.
제안 방법
- 개발된 전문가시스템의 판단 룰은 높은 신뢰성이 확인된 상업용 계통모의 소프트웨어인 PSS/E 프로그램을 통하여 계통변경 시 모든 경우의 계통상황을 모의 수행하여 생성하였고, 이렇게 생성된 룰은 다른 계통을 통하여 검증하였다.
- 계통변경상황은 9500과 10800을 연결하는 병렬 2회선 선로해북#1 T/L OPEN시 보호계전기 재정정 영역을 판별하였다.
- 계통변경이 보호계전기 정정값에 미치는 영향을 보기위하여 먼저 병렬 2회선 선로 중 1 회선 개방의 계통변경시 변경 전과 변경 후 고장전류를 구하고 계전기 정정에 적용되는 모든 계통 선로에 대한 겉보기계수의 변화를 계산하였다. 이 고장전류와 겉보기계수는 변경지점으로부터의 거리에 대하여 규칙적인 변화를 나타내어 이것을 재영역을 판단하는 룰로 구성하였다.
- 선정했다. 계통의 변경 시 변경 선로와 계전기의 위치 그리고 계통의 상태에 따라 특징적으로 나타남으로, 그 계통의 상태와 계전기의 위치 등을 조건부로 하고, 그 조건이 실제 변경된 선로와 일치하는가를 판단하여, 재정정 여부를 결론부로 구성하였다.
- 고장전류의 변화는 그림 4에서 5500-5700 버스 사이의 선로에 병행 2회선 중 1회선을 OPEN한 상태와 정상상태 각각의 고장 전류데이터를 구하기 위하여 3상 단락 사고를 국내전력회사에서 적용하고 있는 PSS/E프로그램을 이용하여 취득하고 각 버스에 흐르는 전류의 차를 고장시뮬레이션을 통하여 5500 버스 사고에 대한 고장전류와 5700 버스 사고에 대한 고장전류를 구하였다. 고장 전류의 차이를 비교한 결과 3단 이상의 경우 전류의 변동 비율은 높으나 전류의 변동 값은 매우 작다는 것을 확인할 수 있었다.
- 고찰 7 : 나머지 모든 배전반이 선택되며 선로 변경에 따른 전류의 변화를 고려한 결과 1선 변경의 경우 변경 선로 다음 2단까지의 변동이 크고 3단부터는 영향을 미치지 못하므로 본 논문에서는 2단까지로 하여 Rule 7을 적용하여 재정정하지 않는 배전반으로 선택하였다.
- 그러나 재정정 영역은 계통 변경 부분과 연결된 모선의 집합을 1단계로 하며 이를 기본으로 정하고, 1단계 영역과 연결된 모선의 집합을 2단계로 하여 2단계 버스내서는 계전기라도 연길된 방향과 상태에 따라 재정정 범위에 선정되도록 하여 재징정 범위를 최적화 하였다.
- 그리고 이렇게 전문가 시스템에 의해 재정정 대상 계전기로 판정된 계전기를 재정정하여 실제 재정정 대상이었는지를 확인하였다. 대상 배전반은 변경선로 다음 단 이고 복잡하게 연결된 배전반으로 10700버스에 연결된 배전반 중 변경선로 측과 변경선로 측 이외의 배전반을 대상으로 하였다.
- 또한 개발된 전문가 시스템에 의하여 재정정 계전기로 선정되지 않은 동일 버스에 설치된 계전기의 정정값을 확인하였다. Ry2는 전문가 시스템에 의하여 재정정 영역으로 선정되지 않은 계전기이며 계통의 변경 전과 변경 후의 정정값은 표 5와 표 6과 같다.
- 변경 판단 위치 진단 시스템에서의 조건부는 변경된 선로, 변경 예상 계전기위치 계전기 위치의 끝단여부, 계전기 앞의 계통상태로 이루어져 있고, 결론부는 실제 계통의 구성과 조건부를 비교하여 각 계전기의 재정정 여부를 나타내도록 설계하였다.
- 본 논문에서 개발한 보호계전기 재정정 영역 판정 전문가시스템을 검증하기 위하여 이를 국내 실계통에 적용하였다.
- 본 논문에서는 송전계통 보호계전기 재정정 영역 판정 전문가 시스템을 개발하여 계통변경 시 보호계전기의 정정값에 영향을 미치는 범위를 파악하여 이 범위의 계전기만을 선택적으로 정정함으로서 계통변경 시 모든 계전기를 재 정정함으로서 생기는 시간과 노력 및 오·부 동작발생 위험요소를 최소화하였다.
- 여러 가지 이유로 인하여 계통이 변화되는 경우 계통이 어떻게 변화되는가와 주위계통의 여건, 그리고 계전기의 설치위치 등을 고려하여 각 상황마다의 재정정 여부를 판단하는 방법에는 여러 가지가 존재하나 본 논문에서는 각각의 상황과 여건을 조합하여 계전기의 재정정 여부를 판단하는데 전문가시스템을 이용하는 것이 가장 적합하다고 판단하여 전문가시스템을 적용하였다.
- 이 고장전류와 겉보기계수는 변경지점으로부터의 거리에 대하여 규칙적인 변화를 나타내어 이것을 재영역을 판단하는 룰로 구성하였다.
- 재정정 영역을 결정하기 위하여 고려해야할 계통의 변경은 병렬 2회선 선로의 1회선 변경, 병렬 2회선 선로의 2회선 변경, 발전기 탈락, 모선 탈락 등 많은 요소가 있으며, 정의된 문제 영역에 있어서 인간전문가 수준 이상의 능력을 가질 수 있고 불확실한 사실 또는 부족한 자료 등의 경우 유추가 가능하며 문제 해결 설명 기능이 있어 계통 상황과 여건을 조합하여 계전기의 재정정 여부를 판단하는데 전문가시스템[7]을 이용하는 것이 적합하므로 본 논문에서는 송전계통 보호기기 재 정정 영역 결정문제에 있어서 전문가 시스템을 이용하였다.
- 전문가 시스템의 구현에는 배전반, 계통, 정정 영역 판단룰 등 3개의 데이터베이스로 구성되며 송전계통의 변경이 발생할 경우 정정 대상 배전반을 검색하도록 하였다. 또한 영역을 판별하기 위하여 배전반 주변 계통 정보를 검색한다.
- 전문가의 지식을 표현하는 방법으로 룰 표현을 선정했다. 계통의 변경 시 변경 선로와 계전기의 위치 그리고 계통의 상태에 따라 특징적으로 나타남으로, 그 계통의 상태와 계전기의 위치 등을 조건부로 하고, 그 조건이 실제 변경된 선로와 일치하는가를 판단하여, 재정정 여부를 결론부로 구성하였다.
- 제시한 시스템은 그림 5와 같이 여러 가지의 사실을 주어지고 이를 통해서 결론부를 추론하기 때문에 전 방향 추론(Forward Chaining)을 이용하였다.
- 표2에 조건부는 IF~Then을 이루는 것으로 계통변경사항을 조사(현장전문가)하여 구성하였다. 조건부의 내용을 추론엔진을 이용한 추론으로 Resetting과 NotKesettinm로 최종결과를 산출 할 수 있도록 구성하였다.
- 지식베이스의 구성은 데이터베이스를 이용하여 룰이 추가될 때마다 룰을 데이터베이스에 입력만 시켜놓으면 간단하게 룰을 추가시킬 수 있도록 구현하였다.
- 표2 와 같다. 표2에 조건부는 IF~Then을 이루는 것으로 계통변경사항을 조사(현장전문가)하여 구성하였다. 조건부의 내용을 추론엔진을 이용한 추론으로 Resetting과 NotKesettinm로 최종결과를 산출 할 수 있도록 구성하였다.
대상 데이터
- 고찰1 : 변경선로의 변경되지 않은 나머지 선로의 배전반에 대한 룰이고 사례에서는 95001080021배전반, 10800950021 배전반이 선택되었다. 여기서 95001080021배전반에 대한 설명은 9500버스에 연결된 배전반 중 10800버스와 연결된 배전반으로 2는 회선번호, 1은 주 보호를 나타내었다.
- 대상 배전반은 변경선로 다음 단 이고 복잡하게 연결된 배전반으로 10700버스에 연결된 배전반 중 변경선로 측과 변경선로 측 이외의 배전반을 대상으로 하였다. 계통변경전의 계전기 Ryl 정정값과 계통 변경 후 계전기 Ryl 정정값을 비교하면 계통의 변화에 따라 선정된 영역의 계전기는 표 3과 표 4의 결과 Zone_l 영역의 계전기 정정값은 변화가 없고, Zone_2의 정정값은 변화가 발생함을 판단할 수 있다.
- 그러므로 본 논문은 거리계전기에 대한 재정정 영역을 판별하는 데 초점을 두었다. 재정정 영역 판별하는데 있어 대상 시스템은 그림 1의 한전 345kV 실계통을 기준으로 2회선 병렬송전선로의 1회선 선로 변경되었을 경우 계통 사고 시 재정정 영향 계전기 선정에 대한 연구를 하였다. 전문가 시스템을 적용한 계통변경 시 재정정 영역은 그림 2와 같이 계통을 확인하여 2회선계통의 1회선 변경등의 계통변화가 발생할 경우 재정정 영역 판단 기준에 따른 범위를 결정한다.
이론/모형
- 그리고 현재 정정되어 있는 계전기의 정정값을 분석하여 정정값의 문제점이 발생할 경우 재정정 계전기를 선정한다. 재정정 영역 판단은 전문가시스템의한 재정정검토룰을 적용하였다.
성능/효과
- 계전기 정정 결과 계통의 변화에 의하여 Ry2 계전기의 Zone_1값과 Zone_2값에는 변화가 거의 발생하지 않았으며 Zone_3영역에서 3.3% 정도의 정정값 변화가 있으므로 Ry2 계전기 동작엔 정정값을 변경하지 않아도 무방하다는 것을 보여준다. 이 결과 전문가 시스템에 의하여 선정된 영역 이외의 영역은 계통 변경 시 정정값의 변화가 적다는 것을 간접적으로 입증할 수 있었다.
- 대상 배전반은 변경선로 다음 단 이고 복잡하게 연결된 배전반으로 10700버스에 연결된 배전반 중 변경선로 측과 변경선로 측 이외의 배전반을 대상으로 하였다. 계통변경전의 계전기 Ryl 정정값과 계통 변경 후 계전기 Ryl 정정값을 비교하면 계통의 변화에 따라 선정된 영역의 계전기는 표 3과 표 4의 결과 Zone_l 영역의 계전기 정정값은 변화가 없고, Zone_2의 정정값은 변화가 발생함을 판단할 수 있다. 그리고 Zone_3의 정정값 역시 변화가 발생함이 확인되었다.
- 고장전류를 구하였다. 고장 전류의 차이를 비교한 결과 3단 이상의 경우 전류의 변동 비율은 높으나 전류의 변동 값은 매우 작다는 것을 확인할 수 있었다.
- 고찰 4 : 변경선로를 바라보는 다음 단 선로로 끝단의 경우재정정이 필요 없는 룰로 9600950011배전반이 선택되었다.
- 고찰 6 : 변경선로 2단 버스 중 끝단이면서 중간에 발전기 버스가 존재하는 경우 재정정이 필요 없는 룰로 102501015011배전반이 선택되었다.
- 고찰2 : 변경선로를 바라보는 다음 단 선로에 연결된 배전반이므로 107001080011배전반, 107001080021배전반, 101501080011배전반, 9300950011배전반, 9700950011 배전반의 계전기가 선택되었다.
- 고찰3 : 변경선로 버스에서 변경하지 않는 선로 배전반으로 다음 1단이 연결되어 있고, 2단 선로가 존재하는 경우이므로 108001015011배전반과 108001015021배전반 그리고 108001070011, 108001070021배전반이 선택되었다.
- 그리고 개발된 시스템의 타당성을 입증하기 위하여 국내 345KV 송전계통에 적용하여 모의 실험한 결과 병렬2회선 선로의 1회선 변경에 대하여 재정정할 계전기와 재정정이 필요 없는 계전기를 찾아내는 것을 보였다.
- 시뮬레이션 결과 계통에서 병렬2회선 선로의 1선 변동 시 영향을 미치는 범위는 변경지점으로부터 다음 2단까지 연결된 선로에 겉보기 계수변화를 ±10%이상일 가능성이 있으므로 2단까지 탐색하여 겉보기 계수 변화가 ±10%이상인 선로와 이 겉보기계수를 사용하는 모든 계전기만 재정정 대상 계전기가 된다.
- 3% 정도의 정정값 변화가 있으므로 Ry2 계전기 동작엔 정정값을 변경하지 않아도 무방하다는 것을 보여준다. 이 결과 전문가 시스템에 의하여 선정된 영역 이외의 영역은 계통 변경 시 정정값의 변화가 적다는 것을 간접적으로 입증할 수 있었다.
- 전문가 시스템 수행결과 재정정 수행 배전반은 9500의 10800사이 배전반, 10800의 9500 사이의 배전반, 10700의 10800사이의 배전반, 10150의 10800 사이의 배전반, 9300의 9500사이 배전반, 9700의 9500사이 배전반, 10800의 10150 사이 배전반이고 나머지 변경선로를 제외한 모든 배전반(변경선로를 제외한 2단까지의 배전반)은 재정정을 수행하지 않는 배전반으로 출력되었다.
후속연구
- 현재 개발된 재정정 영역 판정 전문가 시스템은 병렬2회선 선로의 1회선 변동에 대한 재정정 계전기를 찾았으나 이를 확장하여 모든 계통의 변동 상황에 대한 룰을 개발하여 적용한다면 모든 형태의 계통 변경에 대한 자동적인 재정정이 가능한 적응보호 개념의 보호계전 시스템을 구축할 수 있을 것으로 판단된다.
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