최근 경제 발전으로 인한 전력 에너지 소비 증가로 발전선비의 확충이 요구되는 상황이다. 그러나 화석연료고갈 및 지구환경문제로 대형 화력 발전설비의 확충이 어려워지고 있다. 따라서 발전부지 확보가 용이하고 환경오염의 위험이 적은 분산전원에 대한 관심이 한층 더 고조되고 있다. 그러나 이러한 분산전원이 배전계통에 연계되면 전압변동, 고조파, 보호협조, 고장전류 증가 등의 문제를 일으키므로 이에 대한 적절한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 국내 22.9[kV] 배전계통에 다수의 분산전원이 연계되었을 경우, 각 계전기가 감지하는 고장전류의 크기와 방향성을 고려하여 고장 감지 및 고장 지점을 확인하는 방법을 제안하였다. 이를 기반으로 하여 배전계통 보호기기인 자동재폐로 차단기-구분개폐기 보호시스템이 상호협조를 이루기 위한 온라인 보호 협조방안을 제시하였다.
최근 경제 발전으로 인한 전력 에너지 소비 증가로 발전선비의 확충이 요구되는 상황이다. 그러나 화석연료고갈 및 지구환경문제로 대형 화력 발전설비의 확충이 어려워지고 있다. 따라서 발전부지 확보가 용이하고 환경오염의 위험이 적은 분산전원에 대한 관심이 한층 더 고조되고 있다. 그러나 이러한 분산전원이 배전계통에 연계되면 전압변동, 고조파, 보호협조, 고장전류 증가 등의 문제를 일으키므로 이에 대한 적절한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 국내 22.9[kV] 배전계통에 다수의 분산전원이 연계되었을 경우, 각 계전기가 감지하는 고장전류의 크기와 방향성을 고려하여 고장 감지 및 고장 지점을 확인하는 방법을 제안하였다. 이를 기반으로 하여 배전계통 보호기기인 자동재폐로 차단기-구분개폐기 보호시스템이 상호협조를 이루기 위한 온라인 보호 협조방안을 제시하였다.
Recently, there has been growing interest in distributed resources with high-energy efficiency due to the increasing energy consumption and environmental pollution problems. But an insertion of new distributed generation to existing power distribution systems can cause several problems such as volta...
Recently, there has been growing interest in distributed resources with high-energy efficiency due to the increasing energy consumption and environmental pollution problems. But an insertion of new distributed generation to existing power distribution systems can cause several problems such as voltage variations, harmonics, protective coordination, increasing fault current etc. In this paper, a new method of the fault location identification at the distribution system with distributed resources, which can be determined by the magnitude and direction of the fault current, is proposed. In addition, a new online protective coordination scheme of recloser-sectionalizer is proposed based on the proposed fault location identification method for distribution system with distributed resources.
Recently, there has been growing interest in distributed resources with high-energy efficiency due to the increasing energy consumption and environmental pollution problems. But an insertion of new distributed generation to existing power distribution systems can cause several problems such as voltage variations, harmonics, protective coordination, increasing fault current etc. In this paper, a new method of the fault location identification at the distribution system with distributed resources, which can be determined by the magnitude and direction of the fault current, is proposed. In addition, a new online protective coordination scheme of recloser-sectionalizer is proposed based on the proposed fault location identification method for distribution system with distributed resources.
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문제 정의
국내 배전계통의 주 보호협조는 자동재폐로 차단기-구분개폐기의 보호협조를 적용하고 있으므로 본 논문에서는 배전계통에 다수의 분산전원이 연계되었을 때 설치된 각 계전기가 감지하는 고장전류 및 이의 방향성을 이용하여 고장지점을 판별하는 방법과 자동재폐로 차단기-구분개폐기 보호시스템의 협조 알고리즘을 제안하였다.
본 논문에서는 배전계통에 다수의 분산전원이 연계되었을 때 배전계통에 설치된 각 계전기가 감지하는 고장전류 및 이의 방향성을 이용하여 고장지점을 찾는 알고리즘을 제안하였다. 더불어 이를 기반으로 다수의 분산전원이 연계된 배전계통의 자동재폐로차단기-구분개폐기(sectionalizer) 보호시스템의 협조 알고리즘을 제안하였다.
본 논문에서는 분산전원이 연계된 배전계통에서 기존 보호기기 보호협조 문제점에 대해 살펴보았으며, 신속한 고장 제거 및 고장복구를 위해 계전기 가감지하는 고장전류의 크기 및 방향성을 이용하여 고장 지점을 찾는 방법 및 보호협조 알고리즘을 제안하였다. 전형적인 국내 배전계통 모델에 분산 전원의 연계를 가정한 사례연구를 통해 제안한 보호협조 알고리즘의 유용성을 확인하였다.
가설 설정
3) 모든 분산전원에 계통 분리신호를 전달한다.
6) 고장구간외에 연계된 분산전원에 계통 연계 신호를 전달한다.
6) 고장구간외에 연계된 분산전원에 계통 연계 신호를 전달한다.
6) 연계된 분산전원에 계통 연계신호를 전달한다.
8) 고장요인이 제거되면 고장구간 및 선로구성을 복구한다. 또한 복구구간의 분산전원을 재연계한다.
제안 방법
고장사례를 통해 고장구간을 판별하고 자동재페로 차단기와 구분개폐기의 보호협조 절차를 설명하고 제안한 알고리즘의 유효성을 검증한다.
알고리즘을 제안하였다. 더불어 이를 기반으로 다수의 분산전원이 연계된 배전계통의 자동재폐로차단기-구분개폐기(sectionalizer) 보호시스템의 협조 알고리즘을 제안하였다.
또한 복구구간의 분산전원을 재연계한다.
크기를 데이터베이스화 하여야 한다. 이를 위해 각 계전기가 감지하는 고장전류로서 고장지점을 확인하기 위해 그림 3의 예제 모델 배전계통에 대하여 조류계산 및 모선에서의 1선 지락과 3상 단락 고장 해석 시뮬레이션을 실행하였고 이의 결과를 표 2, 표 3 및 표 4에 나타내었다.
전형적인 국내 배전계통 모델에 분산 전원의 연계를 가정한 사례연구를 통해 제안한 보호협조 알고리즘의 유용성을 확인하였다. 제안한 온라인 보호 협조를 구축하기 위해서는 다음과 같은 전제 조건이 필요하다.
제안된 온라인 자동개폐로 차단기-구분개폐기의 보호 협조 알고리즘의 검증을 위한 배전계통 모델은 전형적인 국내 배전계통을 모델링 하였다. 이를 그림 3에 나타내었고 파라미터는 표 1에 나타내었다.
성능/효과
(2) 영구사고로 재폐로가 실패하고 사고구간이 계통에서 분리되면 일정시간이후 사고 구간 이외의 계통의 모든 분산전원에 계통 연계 신호를 전달한다.
1) 배전계통의 자동재폐로 차단기와 재폐로계전기는 디지털 계전기능이 있어야 하고 원격 데이터 송수신 및 제어가 가능하여야 한다.
2) 고장구간이 6B-7A 모선사이로 판별되면 고장보호구 간의 보호협조기기는 &가 선택되고 見 가 후비 보호장치로 선택된다.
2) 고장구간이 9B 모선으로 판별되면 고장 보호 구간의 보호협조기기는 Re가 선택되고 Rs가 후 비보호장치로 선택된다.
판별하여야 한다. 제안된 고장감시 방법은 배전계통에 사고가 발생하여 고장이 발생을 하였을경우 실시간으로 취득된 각 계전점의 전류 값을 정상 상태의 조류계산값으로부터 얻어진 최대 부하전류의 2.8~4배가 초과되었을 경우 이를 고장으로 감지한다. 이러한 방법은 일반적으로 사용되는 계전기 최소동작전류 정정 값 설정과 동일한 방법으로 매우 유용한 방법이다.
즉 순간 사고와 영구사고를 구별할 수 있는 기능을 가진 보호기기이며 동작 특성을 위한 순시 동작곡선과 지연동작곡선을 가지고 총 4회까지 정정이 가능하다.
후속연구
최근 전력IT분야의 중요한 분야인 IEC61850에 의한 변전소 자동화 연구가 활발하게 진행되고 있어 제안한 알고리즘이 분산전원이 연계된 자동화 배전계통의 보호협조 알고리즘으로 유용한 자료가 될 것으로 믿는다.
그러나 이러한 분산 전원의 배전계통연계는 배전계통의 운전, 보호 및 제어에 있어서 그 복잡성을 증가시킨다. 특히 보호 협조에 있어서는 문제 발생 시 그 파급효과가 분산 전원 자체뿐만 아니라 배전계통의 다른 인근 수용가들에까지 큰 악영향을 미칠 수 있으므로 이에 대한 적절한 보호협조 연구가 필요하다.
참고문헌 (6)
최준호, 김재철, 김재언, '열병합발전시스템 배전계통 도입전망 및 운용대책', 대한전기학회 제48권 3호, pp. 16-23, 1999. 3
Sckumar M. Brahma; Adly A. Girgis, 'Effect of Distributed Generation on Protective Device Coordination in Distribution System', Power Engineering, LESCOPE '01, Page(s): 115-119, 2001
Sikumar M. Brahma: Adly A. Girgis, 'Development of Adaptive Protection Scheme for Distribution Systems With High Penetration of Distributed Generation', IEEE Trns. on PWRD, Vol. 19, No.1, pp. 56-63, Jan. 2004
한국전력공사 배전처. 배전보호 기술서. 1995
최준호 외, '배전계통에 연계 시 열병합 발전시스템의 개선된 보호협조 방안에 관한 연구', 대한전기학회 Vol.49A, No.6. JUN.2000
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