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고장전류의 누적 에너지를 이용한 저압직류 배전계통의 고저항 지락고장 검출 알고리즘 개발
Development of an Algorithm for Detecting High Impedance Fault in Low Voltage DC Distribution System using Accumulated Energy of Fault Current 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.29 no.5, 2015년, pp.71 - 79  

오윤식 () ,  노철호 (성균관대 대학원 정보통신대학) ,  김두웅 (성균관대 대학원 정보통신대학) ,  권기현 (성균관대 대학원 정보통신대학) ,  한준 (성균관대 대학원 정보통신대학) ,  김철환

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, new Low Voltage DC (LVDC) power distribution systems have been constantly researched as uses of DC in end-user equipment are increased. As in conventional AC distribution system, High Impedance Fault (HIF) which may cause a failure of protective relay can occur in LVDC distribution system ...

주제어

#Accumulated Energy   #EMTP   #High Impedance Fault   #LVDC Distribution System   #WSVD  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 기존의 과전류 요소로 검출이 어려운 고저항 지락고장에 대한 검출 알고리즘을 제안하였다. EMTP를 이용하여 모델링된 LVDC 배전계통에서 DC trolley 계통을 대상으로 개발된 아크 모델을 적용함으로써 제안된 고장 검출 알고리즘의 성능을 평가하였다.
  • 본 논문에서는 저압직류 배전계통에서 발생하는 고저항 지락고장을 효과적으로 검출하기 위한 알고리즘을 제안하였다. 고장 검출을 위해 고장전류의 누적 에너지를 이용하였으며, 고장전류의 고조파 성분 추출을 위해 웨이블렛 특이값 분해(Wavelet Singular Value Decomposition, WSVD) 신호처리 기법을 사용하였다.

가설 설정

  • 모델링 된 계통은 양극성 LVDC 배전계통으로 AC/DC 컨버터를 통해 DC 1500V를 생성하며, DC/DC 컨버터를 통해 이를 380V로 강압하여 각 부하들에 전력을 공급한다. 주 선로의 길이는 5km이며, 총 부하량은 160kW로 가정하였다. 개발된 알고리즘을 적용한 보호 계전기는 AC/DC 컨버터 출력단에 설치되며 고장 검출 시 출력단에 설치된 회로 차단기의 트립을 명령한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
웨이블렛 변환의 장점은 무엇인가? 신호처리 기법 중 하나인 웨이블렛 변환은 원 신호로부터 시간과 주파수 정보를 동시에 추출 가능한 장점이 존재하여 전력계통 분야에 널리 사용되고 있으며, 계통으로부터 취득되는 정보들이 디지털화 됨에 따라 이산 웨이블렛 변환(Discrete Wavelet Transform, DWT)의 형태로 주로 사용된다[12-13]. 한 신호의 이산 웨이블렛 변환은 아래의 식 (2)와 같이 정의되며, 원 신호는 고역통과 필터 및 저역통과 필터 성분에 의해 분석되어 근사계수(a1)와 상세계수(d1)로 분리된다.
본 논문에서 제안한 고저항 지락고장에 대한 검출 알고리즘은 어떻게 구성되어 있는가? 본 논문에서는 저압직류 배전계통에서 발생하는 고저항 지락고장을 효과적으로 검출하기 위한 알고리즘을 제안하였다. 고장 검출을 위해 고장전류의 누적 에너지를 이용하였으며, 고장전류의 고조파 성분 추출을 위해 웨이블렛 특이값 분해(Wavelet Singular Value Decomposition, WSVD) 신호처리 기법을 사용하였다. 개발된 알고리즘의 검증을 위해 ElectroMagnetic Transient Program (EMTP)를 이용하여 저압직류 배전계통을 모델링하였으며, EMTP/MODELS를 이용하여 모델링 된 DC trolley 계통 기반의 고저항 아크 모델을 적용하였다.
고저항 지락고장이 가지는 특징은 무엇인가? 기존의 AC 배전계통에서와 마찬가지로 DC 배전계통 역시 고저항 지락고장으로 인한 문제를 겪을 수 있다. 고저항 지락고장은 높은 임피던스 성분으로 인해 매우 작은 고장전류를 야기하며, 이로 인해 과전류 요소를 이용하는 기존의 보호 계전기로는 고장 검출이 어렵다는 특징을 가진다[3-4]. 이러한 고저항 지락고장을 검출하기 위해 많은 연구자들이 검출 알고리즘을 개발하였으나[5-6], 이들은 대부분 AC 전력계통을 대상으로 하였으며 DC 전력계통을 대상으로 한 검출 알고리즘 개발은 미미한 실정이다.
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참고문헌 (14)

  1. D. Salomonsson and A. Sannino, "Low-voltage dc distribution system for commercial power systems with sensitive lectronic loads," IEEE Transaction on Power Delivery, vol. 22, no.3, pp. 1620-1627, Jul. 2007. 

    상세보기 crossref

  2. D. Nilsson and A. Sannino, "Efficiency analysis of lowand medium-voltage dc distribution systems," IEEE PES General Meeting, 2004. 

  3. Detection of High Impedance Faults, Power Technologies Inc., EPRI Report EL-2413, Jun. 1982. 

  4. A. Mamishev et al., "Analysis of high impedance faults using fractal techniques", IEEE Transactions on Power System, vol. 11, no. 1, pp. 435-440, Feb. 1996. 

    상세보기 crossref

  5. C. H. Kim et al., "A Novel Fault-Detection Technique of High-Impedance Arcing Faults in Transmission Lines using the Wavelet Transform", IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 17, no. 4, pp. 921-929, Oct., 2002. 

    상세보기 crossref

  6. Suresh Gautam et al., "Detection of High Impedance Fault in Power Distribution Systems using Mathematical Morphology", IEEE Transactions on Power Systems, vol. 28, no. 2, pp. 1226-1234, May, 2013. 

    상세보기 crossref

  7. Hyun Kim, Chul-Hwan Kim, "High Impedance Fault Detection using Wavelet Transform", vol. 48A, no. 12, pp. 1492-1497, Dec., 1999. 

  8. Detection of Arcing Faults on Distribution Feeders, Texas A&M Univ., EPRI Report EL-2757, Dec., 1982. 

  9. N. Elkalashy et al., "DWT-based detection and transient power direction-based location of high-impedance faults due to leaning trees in unearthed MV network", IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 23, no. 1, pp. 94-101, Jan. 2008. 

    상세보기 crossref

  10. M. F. Akorede and J. Katende, "Wavelet transform based algorithm for high-impedance faults detection in distribution feeders", Eur. J. Sci. Res., vol. 41, no. 2, pp. 238-248, 2010. 

  11. New Insight into the Detection of High-Impedance Arcing Faults on DC Trolley Systems, IEEE Transactions on Industry Applications, vol 35, no. 5, September, 1999. 

    상세보기

  12. Zhengyou H., Xian W., Qingquan Q., "Automatic Fault Detection for Power System using Wavelet Singular Entropy", 2004 International Conference on Intelligent Mechatronics and Automation, pp. 433-437, Aug. 2004. 

  13. Kim, C. H., and Aggarwal, R., "Wavelet transforms in Power Systems," IEE Power Engineering Journal vol. 15, pp. 193-202, 2001. 

    상세보기 crossref

  14. V. C. Klema, A. J. Laub, "The singular value decomposition: Its computation and some applications," IEEE Trans. Autom. Control, vol. AC-25, no. 2, pp. 164-176, Apr. 1980. 

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