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문제 정의
- 그러나 선로의 중간이나 말단에 분산전원이 연계되면 계통에 역 조류를 공급하게 되어 조류방향이 바뀌게 된다. 따라서 기존의 배전시스템에서 분산전원이 도입되 었을 때 나타날 수 있는 다양한 실증시험을 수행할 수 있는 분산전원 계통연계 실증시험장을 구축하여 양방향 보호협조및 선로운영기술을 실증하고자 세부4과제가 수행되었다.
- 지능형 배전기기는 각종 센서를 탑재하여 배전기기의 열화정보를 온라인으로 취득할 수 있게 된다. 여러가지 센서 중에서 가스절연 개폐장치에 적용된 PD(Partial Discharge) 센서에 대해 살펴본다. PD 센서는 개폐기 본체의 가스절연 탱크 내부에서 상시로 부분방전을 감시하는 센서로서 전방향성(Omni-directional) 특성을 갖는 Monopole 형태의 UHF 센서이다.
제안 방법
- PD 센서는 개폐기 본체의 가스절연 탱크 내부에서 상시로 부분방전을 감시하는 센서로서 전방향성(Omni-directional) 특성을 갖는 Monopole 형태의 UHF 센서이다. PD센서는 3차원 초고주파 전자기장 해석 툴(3D EM simulator)을 이용하여 대상 기기에 대한 모델링 (Modeling) 한 후 기기 내부의 전자파 전파 모드와 전자기장 분포 특성을 해석하여 센서의 위치 및 주파수 대역을 선정하였다. 선정된 주파수 대역은 1.
- Recloser의 보호특성 곡선을 임의로 정의 할 수 있는 기능 구현하였다.
- 자동화개폐기용 지능형 단말장치는 접지계통의 가공용과 지중용, 비접지계통의 가공용과 지중용으로 나누어지고, 동일한 모듈을 접지계통과 비접지계통에서 모두 사용할 수 있도록 설계 하였다. 가공용은 가공개폐기와 리크로저 기능을 수용할 수 있도록 하였고, 지중용은 다회로개폐기와 다회로차단기 기능을 수용할 수 있도록 설계하였다.
- 고장전류와 ColdLoad 기동 전류를 고장전류와 구분하기 위한 기능을 구비하였다.
- 분산전원 계통연계 실증시험장은 분산전원의 대량보급 기반을 마련하기 위해 필요한 양방향 배전선로의 운용 기술및 전력품질 유지기술을 개발하고 증명하기 위해 구축된 시험설비이다. 따라서 실제의 배전계통에 다양한 형태의 분산 전원이 연계될 때 나타날 수 있는 제반현상을 본 실증시험장의 설비를 활용하여 실증시험을 수행할 수 있다. 분산전원 배전계통 연계실증시험 내용은 전압변동 및 전력품질 측면에서 아래와 같이 요약할 수 있다.
- MCU는 각 입출력모듈(IOU : Input Output Unit)을 통해서 입력(Digital Input)과 제어출력(Digital Output) 데이터를 처리한다. 또한 MCU 모듈은 전기신호 처리모듈인 신호모듈 (SPU)와 HPI(Host Post Interface)를 통해서 고속으로 계측및 로직처리 데이터에 대한 통신을 수행하며, 설비진단 모듈인 CMD(Condition Monitoring Diagnostic Unit) 모듈과는 RS232C를 통해서 개폐기의 열화진단 데이터에 통신을 수행한다. 또한 지능형 다기능 단말장치는 가공개폐기 및 Recloser와 인터페이스를 수행하여, 다양한 구동방식의 기기 들과 연계가 가능하도록 설계되어 있다.
- 또한 비접지 고장검출 기능은 가공용 및 지중용 단말장치에구현하였으며, 배전변전소 및 Switching Stataion용 단말장치는 지중용 단말장치를 사용하되 저압측 LV 단자함 설비를 추가로 감시/제어/계측 할 수 있도록 모듈을 구성하였다. 지능형단말장치는 PSU, MCU, SPU, IOU, CMDU 모듈로 구성된다.
- 역조류를 고려한 Recloser 제어장치는 파라미터 변경, 운전모드 변경 등 사용자 작업의 편의를 위한 Graphic LCD와 Push-Button 입력 및 LED 표시기능을 갖추었으며 각종 데이터 이력 저장기능 등을 갖추도록 제작하였다. 또한 역송이 있는 계통 보호를 위하여 과전류 계전기 및 다른 주요 보호계전 기능을 포함하고 있으며 자동화 기기와의 연결을 위한 다양한 프로토콜을 제공함으로써 여러 시스템에 연결 가능한 통신연결 기능을 제공한다.
- 지능형 다기능 단말장치는 가공개폐기와 리크로저에 적용될 수 있도록 각 기능별 모듈 구조로 설계되어 성능 향상및 유지보수의 편리성을 증대시켰다. 또한 지능형 다기능 단말장치는 기존 배전자동화용 단말장치의 기본기능을 수용하고, 추가로 전력품질에 관련된 PQM기능, 접지/비접지 선택기능, 상위 배전지능화시스템 중앙제어장치와 DNP3.0 및 IEC60870-5-101을 이용한 통신 프로토콜 선택기능, 배전설비 열화감시 진단기능 등 다양한 기능을 구현하여 배전선로의 운영을 효율적으로 할 수 있도록 구성되어 있다.
- 배전계통을 최적 상태로 운전하기 위해서 6개의 응용프로그램을 개발하였다. 개발내용으로는 전압과 무효전력을 일괄 제어하는 IVVC(Integrated Volt/Var Control) 알고리즘.
- 또 최근 급격하게 증가하고 있는 각종 분산전원의 운전 상태까지 감시할 수 있게 되어 배전 계통 내 모든 전력설비를 통합 운전할 수 있는 시스템을 배전지능화 시스템이라고 부르게 되었다. 배전지능화 연구를 통해 다양한 연구 성과물을 개발하였다. 세부과 제는 4개 인데, 세부1과제인 『배전지능화 중앙제어장치 개발』과제를 통해 윈도우 기반의 변전소SCADA와 배전자동화 통합 시스템을 개발하였다.
- 세부과 제는 4개 인데, 세부1과제인 『배전지능화 중앙제어장치 개발』과제를 통해 윈도우 기반의 변전소SCADA와 배전자동화 통합 시스템을 개발하였다. 세부2과제인 『지능형단말장치 및 고속데이터 처리장치 개발』 과제를 통해 가공용 개폐기와지중용 개폐기에 사용되는 지능형 다기능 단말장치와 분산 전원용 단말장치를 개발하였고 센서가 내장된 배전기기의 운전데이터를 취득하기 위해 대량의 데이터를 신속하게 취득할 수 있는 고속데이터 처리장치도 개발하였다. 세부3과 제인 『지능형 배전기기 개발』 과제를 통해 센서가 내장된 접지계통용 및 비접지계통용 개폐장치, 차단장치, Recloser 등을 개발하였으며, 낙뢰 및 피뢰기 감시장치, 무효전력 제어기기, 원격전압제어기기, 컴팩트서브스테이션, RMU 등 15종의 센서내장 배전기기를 개발하였습니다.
- 세부3과 제인 『지능형 배전기기 개발』 과제를 통해 센서가 내장된 접지계통용 및 비접지계통용 개폐장치, 차단장치, Recloser 등을 개발하였으며, 낙뢰 및 피뢰기 감시장치, 무효전력 제어기기, 원격전압제어기기, 컴팩트서브스테이션, RMU 등 15종의 센서내장 배전기기를 개발하였습니다. 세부4과제인 『분산전원 연계운용 기술 및 연계용 기기 개발』 과제를 통해서는 분산전원 실증시험장을 고창전력시험센터내에 건설하였고, 양방향 Recloser 및 단독운전방지장치 등 분산전원 연계 운전에 필요한 기기들을 개발하였다.
- 배전지능화 연구를 통해 다양한 연구 성과물을 개발하였다. 세부과 제는 4개 인데, 세부1과제인 『배전지능화 중앙제어장치 개발』과제를 통해 윈도우 기반의 변전소SCADA와 배전자동화 통합 시스템을 개발하였다. 세부2과제인 『지능형단말장치 및 고속데이터 처리장치 개발』 과제를 통해 가공용 개폐기와지중용 개폐기에 사용되는 지능형 다기능 단말장치와 분산 전원용 단말장치를 개발하였고 센서가 내장된 배전기기의 운전데이터를 취득하기 위해 대량의 데이터를 신속하게 취득할 수 있는 고속데이터 처리장치도 개발하였다.
- 역조류를 고려한 Recloser 제어장치는 파라미터 변경, 운전모드 변경 등 사용자 작업의 편의를 위한 Graphic LCD와 Push-Button 입력 및 LED 표시기능을 갖추었으며 각종 데이터 이력 저장기능 등을 갖추도록 제작하였다. 또한 역송이 있는 계통 보호를 위하여 과전류 계전기 및 다른 주요 보호계전 기능을 포함하고 있으며 자동화 기기와의 연결을 위한 다양한 프로토콜을 제공함으로써 여러 시스템에 연결 가능한 통신연결 기능을 제공한다.
- 기능별 모듈화를 실현하였을 뿐만 아니라 컴팩트하게 개발되었다. 자동화개폐기용 지능형 단말장치는 접지계통의 가공용과 지중용, 비접지계통의 가공용과 지중용으로 나누어지고, 동일한 모듈을 접지계통과 비접지계통에서 모두 사용할 수 있도록 설계 하였다. 가공용은 가공개폐기와 리크로저 기능을 수용할 수 있도록 하였고, 지중용은 다회로개폐기와 다회로차단기 기능을 수용할 수 있도록 설계하였다.
- 제2시험동의 저압 전원설비는 실제 태양광발전기 30kW, 태양광모의장치 15kW, 연료전지모의장치 15kW로 구성되며, 전압을 자동 조절할 수 있는 100kW 단상변압기 3대를 통하여 배전계통에 연계된다. 저압계통의 부하는 고조파 발생용 전자부하와 회전기 모터부하, 가변 RLC부하로 구성하였다.
대상 데이터
- 구성품은 2가지인데, 중앙제어장치측에 설치되는 COT는 종속신호를 다중화 및 역다중화하여 광전송, 분기결합, 상호분배 등의 기능을 제공하며, 개폐장치 쪽에 설치되는 단말장치인 RT(Remote Terminal) 시스템은 COT장치와 연동하여 동작하게 된다. 적용 가능한 대상기기는 지능형 단말장치, 변전소용 단말장치, 분산전원 연계운전용 단말장치, 지능형 배전기기 등이다.
- 제1시험동은 고압시험설비로 구축되고, 제2시험동은 저압시험설비로 구성하였다. 제1시험동의 주요 설비는 200kW MG set 2개 및 RLC 가변부하이며 각 MG set는 열병합발전기를 모의할 수 있는 동기발전기형 MG set와 풍력발전기를 모의할 수 있는 유도발전기형 MG set 로 구성된다. 각 MG set는 승압용 변압기를 통해 22.
- 또한 비접지 고장검출 기능은 가공용 및 지중용 단말장치에구현하였으며, 배전변전소 및 Switching Stataion용 단말장치는 지중용 단말장치를 사용하되 저압측 LV 단자함 설비를 추가로 감시/제어/계측 할 수 있도록 모듈을 구성하였다. 지능형단말장치는 PSU, MCU, SPU, IOU, CMDU 모듈로 구성된다. 또 국제표준프로토콜인 IEC 60870과 DNP 3.
성능/효과
- (3) 다양한 모뎀 전원 : 국가별 사용하는 모뎀에 따라 필요로 하는 전압이 상이하여 모뎀 전원 전압은 생산시 쉽게 전압을 조정 가능한 구조로 설계되었다.
- 비접지 계통의 선로에서 영상전압과 영상전류에 의한 선택적 지락 검출 기능을 요구하고 있는 경우가 있다. ZCT를 사용하지 않고 비접지 계통에서의 지락고장 구간을 실질적 으로 판별할 수 있는 보호방식 구현되었다.
- 배전지능화시스템 개발과제의 세부2과제는 지능형 다기능 단말장치를 개발하는 것이다. 지능형 단말장치는 기존 단말장치에 비해 계측정밀도를 높이고, 전기품질 감시기능과 고장파형 취득 기능을 갖게 되며, 고장표시기 동작알고리즘을 대폭 개선하고, 대용량 데이터 전송이 가능하도록 개발되었다. 기능별 모듈화를 실현하였을 뿐만 아니라 컴팩트하게 개발되었다.
- 배전지능화시스템의 개발로 인한 산업ㆍ경제적 측면의 효과는 다음과 같다. 첫째, 외국의 규격과 요구사항을 만족하는 배전지능화 시스템이 완성되어 적극적인 해외시장 진출이 가능해졌다. 이로 인해 국내 중전기업체가 생산하는 차 단기, 개폐장치 및 단말장치(RTU) 등의 동반 수출을 이끌어 낼 수 있다.
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